一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容制造技术

本发明专利技术涉及薄膜电容技术领域，具体为一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容，其能够同时满足低电感、低发热、体积小、重量轻、寿命长的性能需求，提高薄膜电容器的安全可靠性，其包括电容器芯子、灌封料、引出电极、外壳，电容器芯子由金属化薄膜经蒸镀、分切、卷绕、热定型、金属层喷涂后成型，金属化薄膜由高结晶聚丙烯和PPS树脂混合而成，金属化薄膜表面的粗糙度为0.05

【技术实现步骤摘要】
一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容


[0001]本专利技术涉及薄膜电容
，具体为一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容。

技术介绍

[0002]我国能源东西分布不均衡，制约着国民经济的快速可持续发展。特高压输电是解决可再生能源接纳、远距离大范围电能输送和输电走廊紧缺问题的有效技术手段，是助力民族复兴的国家重大工程，2020年被列入新基建七大产业，助力我国实现碳达峰与碳中和的“双碳”目标。
[0003]特高压输电需要使用大量的有机薄膜电容器，在特高压直流输电系统中起到直流电压支撑的重要作用，是保证直流输电质量以及换流阀正常稳定运行的核心部件。长期在线服役过程中，应用于高压直流侧的电容器面临高压直流、谐波及暂态过电压叠加的复杂电场与电容器内部温度升高的运行工况，一旦出现问题造成的损失和影响巨大。目前，国内外大型柔性直流输电工程中的直流支撑（DC
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link）电容器被国外厂商垄断，供货周期较长，产品价位高，在目前复杂的国际形势下存在断供风险，是我国特高压工程建设中最显眼的一块短板。因此，我国亟需开展应用于特高压输电领域的高端电容器技术研究，攻克本领域的“卡脖子”技术，打破进口产品的垄断地位，实现关键技术的自主可控和国产化替代。
[0004]在特高压输电领域，加拿大McGill大学于1990年首先提出了柔性直流输电（以下简称“柔直输电”）技术的概念。自21世纪初开始，我国柔性直流输电技术历经十余年发展，在设备、工程成果方面均取得了巨大进展，具体来讲，我国在大功率电力电子器件、换流阀、高压直流断路器、高压换流变压器、直流电缆等柔性直流输电关键设备的研制上都取得了重大突破，实现了“中国制造”。但国产的柔性直流输电用大容量直流电容器目前仍处于技术攻关阶段，尚需市场验证。
[0005]目前，全球有机薄膜电容器的高端市场仍然被国外垄断，核心技术也一直掌握在国外厂家手中。作为全球薄膜电容器最大的生产基地和消费市场，中国的薄膜电容器厂商只是在低端的低附加值市场占有绝对份额，始终没在包括柔直电容器在内的高端领域得到认可。
[0006]随着近年来我国电力电子技术的快速发展，国内厂家已经能够与国外厂家同台竞争，如新能源发电（光伏、风电）、电动汽车、变频节能、逆变焊机等多个领域，在竞争激烈的薄膜电容器市场能分得一杯羹。但由于应用于特高压直流侧的电容器面临高压直流、谐波及暂态过电压叠加的复杂电场与电容器内部温度升高的运行工况，电网输电又有高可靠性（在网运行40年以上）的硬性需求，国产直流电容在特高压输电领域暂时还未得到市场认可。
[0007]由于输电工程的运行是连续的，要求薄膜电容器在长达40年的连续使用中失效率≤30 FIT。因此，如此多数量的电容器安装于阀厅中，必须保证安全性。柔直电容器具有电压高、容量大、电流大的特点，且要求损耗低、电感低、发热低。此外，为缩减阀厅占地面积和
阀塔构件承重，还希望电容器要尽可能体积小、重量轻。更为关键的是在满足以上条件的同时还要求在长达40年的预期寿命内极低的失效率，只有电容器的设计、工艺、设备和材料等要素趋于理想值才能实现。

技术实现思路

[0008]为了解决现有薄膜电容器安全可靠性较差，无法同时满足低电感、低发热、体积小、重量轻、寿命长的问题，本专利技术提供了一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容，其能够同时满足低电感、低发热、体积小、重量轻、寿命长的性能需求，提高薄膜电容器的安全可靠性。
[0009]其技术方案是这样的：一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容，其包括电容器芯子、灌封料、引出电极、外壳，电容器芯子由金属化薄膜经蒸镀、分切、卷绕、热定型、金属层喷涂后成型，其特征在于，金属化薄膜由高结晶聚丙烯和PPS树脂混合而成，金属化薄膜表面的粗糙度为0.05
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0.10um，金属化薄膜蒸镀过程中增加半T形安全膜，金属化薄膜包括PP基膜和渐变式金属镀层；卷绕时，上层的金属化薄膜的金属镀层厚度从两侧向中间渐变式变薄，下层的金属化薄膜的金属镀层厚度从两侧向中间渐变式变厚；电容器芯子为扁芯，热定型时，利用热定型工装给电容器芯子施加固定压力并放入烘箱内进行分阶段升温，升温控制过程：常温升温至60℃保持3h，用时10min升温至65℃并保持29分钟，用时10min升温至70℃保持29min，用时10min升温至75℃保持29分钟，用时10min升温至80℃保持29分钟，用时10min升温至85℃保持29分钟，用时10min升温至90℃保持29分钟，用时10min升温至95℃保持29分钟，用时10min升温至98℃保持59分钟，用时10min升温至99℃保持29分钟，用时10min升温至100℃保持29分钟，用时10min升温至101℃保持29分钟，用时10min升温至102℃保持29分钟，用时10min升温至103℃保持29分钟，用时10min升温至104℃保持29分钟，用时10min升温至105℃保持29分钟，用时10min升温至106℃保持29分钟，用时10min升温至107℃保持29分钟，用时10min升温至108℃保持29分钟，用时10min升温至109℃保持29分钟， 用时10min升温至110℃保持4.3h；热定型完成后从烘箱内取出降温至常温后，电容器芯子从热定型工装中取出；引出电极包括叠层布置的上电极板和下电极板，电容器芯子竖列分组布置，每组电容器芯子通过编织铜带分别连接上电极板和下电极板，上电极板和下电极板分别设置电极头。
[0010]其进一步特征在于，热定型工装包括下支撑板和上压紧板，下支撑板和上压紧板通过螺栓连接，螺栓顶部设置有顶板和配合的螺母，顶板和上压紧板之间的螺栓上套装有弹簧，下支撑板和上压紧板之间设置有中间压板，电容器芯子压紧于中间压板和下支撑板之间、相邻的中间压板之间、中间压板和上压紧板之间；上电极板上开设通孔，下电极板上固定的电极头穿过通孔；灌封料采用A、B料聚氨酯，A、B料聚氨酯脱泡处理后混合，在真空条件下将灌封料灌入外壳内，正压条件下固化。
[0011]采用本专利技术后，高结晶聚丙烯和PPS树脂提高了金属化薄膜的结晶化，表面粗糙度可以提升自愈性从而提高耐压场强，再加上半T形安全膜从而对薄膜进行改性，提高了薄膜
的耐压水平，金属化薄膜上渐变的金属镀层还能兼顾载流能力和自愈性，热定型过程中利用配套的工装和特有的热固化温度控制，让电容器芯子形状稳定且耐压一致性好，引出电极采用叠层母排结构，电容器芯子进行分组并通过编织铜带单独引出至叠层母排，降低了电感，使得电容器同时满足低电感、低发热、体积小、重量轻、寿命长的性能需求，提高薄膜电容器的安全可靠性。
附图说明
[0012]图1为本专利技术薄膜与常规薄膜性能对比表；图2为本专利技术薄膜与常规薄膜耐压能力对比表；图3为半T形安全膜示意图；图4为卷绕时上下两层金属化薄膜示意图；图5为两种不同结构电容器芯子的的应力分布；图6为热定型工装立体示意图；图7为热定型工装主视图；图8为电容器芯子与引出电极连接示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于特高压输电的超大容量低电感高压薄膜电容，其包括电容器芯子、灌封料、引出电极、外壳，电容器芯子由金属化薄膜经蒸镀、分切、卷绕、热定型、金属层喷涂后成型，其特征在于，金属化薄膜由高结晶聚丙烯和PPS树脂混合而成，金属化薄膜表面的粗糙度为0.05
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0.10um，金属化薄膜蒸镀过程中增加半T形安全膜，金属化薄膜包括PP基膜和渐变式金属镀层；卷绕时，上层的金属化薄膜的金属镀层厚度从两侧向中间渐变式变薄，下层的金属化薄膜的金属镀层厚度从两侧向中间渐变式变厚；电容器芯子为扁芯，热定型时，利用热定型工装给电容器芯子施加固定压力并放入烘箱内进行分阶段升温，升温控制过程：常温升温至60℃保持3h，用时10min升温至65℃并保持29分钟，用时10min升温至70℃保持29min，用时10min升温至75℃保持29分钟，用时10min升温至80℃保持29分钟，用时10min升温至85℃保持29分钟，用时10min升温至90℃保持29分钟，用时10min升温至95℃保持29分钟，用时10min升温至98℃保持59分钟，用时10min升温至99℃保持29分钟，用时10min升温至100℃保持29分钟，用时10min升温至101℃保持29分钟，用时10min升温至102℃保持29分钟，用时10min升温至103℃保持29分钟，用时10min升温至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈栋，俞广铨，
申请(专利权)人：无锡宸瑞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：