摘要：本文介绍了无熔丝电容器在国内外的发展和应用情况，并对这种电容器的工作原理、电容器组的接线方式、电容器单元内部的元件连接方式、技术优越性及其应用范围进行了探讨，建议在适当的场合采用无熔丝电容器设计并逐步推广应用。

　　关键词：无熔丝电容器;全膜介质;极板;接线方式

　　1 无熔丝电容器在国外的发展和应用

　　目前国外大量应用的并联电容器、交流滤波电容器和串联电容器(这三种电容器统称电力电容器)，从电容器内部故障的第一道保护来分，有内熔丝电容器、外熔丝电容器和无熔丝电容器。
国内用户先是采用外熔丝电容器，后是内外熔丝同时使用，近年开始用内熔丝的电容器就不用外熔丝了，与国外逐步接轨。但是，很多用户对无熔丝电容器还知道不多，甚至还有疑问：你们刚说内熔丝如何好，怎么又介绍无熔丝电容器，究竟哪种好?这个问题需慢慢说来。

　　美国在20世纪80年代初开始广泛采用全膜介质电容器后，发现介质击穿后两极板能良好地熔焊在一起，在此基础上研究和开发出无熔丝电容器组。1988年美国首先在138kV电容器组的一相上试验性地安装了50.4Mvar的无熔丝电容器，单元容量为300kvar。取得经验后，于1989年10月，世界上第一套无熔丝电容器组(额定电压115kV，中性点不接地运行)在美国佐治亚州投入商业运行，以其结构紧凑、外形美观、运行可靠为人们所称赞，随后开始大量推广应用。目前在美国，无熔丝电容器组为广大用户所青睐，在市场上占有主导地位。在欧洲和世界很多地区，无熔丝电容器也有大量应用，就连以内熔丝技术著称的ABB公司也生产无熔丝电容器。所不同的是，美国的无熔丝电容器是指在电容器组中单元之间的连接为先串联后并联，即所谓“先串后并”，电容器单元内部元件连接与外熔丝电容器相同，是“先并后串”，见图2中c);而ABB的无熔丝电容器不仅单元之间“先串后并”，而且电容器单元内部元件也是“先串后并”，见图2中d)。

　　国内也有一种特殊的无熔丝电容器在生产和运行着，日新电机(无锡)公司采用日本日新公司技术生产的大容量箱式电容器实际上就是一种无熔丝电容器，内部元件先串后并或少并再串后并，不配备任何内熔丝或外熔丝，这种电容器在我国已经生产和运行了5年以上，是一种特殊结构的无熔丝电容器。
　　2 无熔丝电容器的工作原理

　　2.1 无熔丝电容器的含义

　　1)首先是在电容器组和电容器单元中，既不装有内熔丝，也不装有外熔丝。
　　2)为尽量降低一个元件击穿所引起的其他完好元件上的过电压和减少整个电容器组的电容变化，电容器单元之间应为“先串后并”的连接方式，如图2、图3所示。
　　3)电容器单元内部元件的连接方式有两种：“先并后串”(见图1c)和“先串后并”(见图1d)。
　　2.2 无熔丝电容器的工作原理

　　任何绝缘介质都具有空隙或裂纹等局部质量缺陷，形成了所谓“电弱点”，在运行中电弱点介质加速老化，造成元件击穿。人们用内熔丝或外熔丝技术及时切断击穿元件或击穿的电容器单元，使整台电容器和整个电容器组继续保持正常运行，这是多年来的传统做法。当电容器单元采用全膜介质后，人们发现，介质的击穿会使两极板形成牢固的熔接，就象是介质薄膜从极板间抽出一样。于是，这一特性就构成了无熔丝电容器的基本原理。
       2.3 故障电容器特性验证

　　在无熔丝电容器开发应用之前，美国ABB公司(原西屋公司)对全膜介质的故障电容器单元进行了以下验证试验，证明介质击穿后极板能可靠连接：
　　1)连续电流试验。试品为由过电压造成极间完全击穿的电容器单元，让短路的电容器连续通过电流30A，40A......200A，每一级电流增加10A，每级通电1h。试后未见箱壳鼓胀，也未见其他表明电容器内部短路熔接不良引起的现象发生。
　　2)对短路电容器进行投切试验。故障电容器与完好电容器相串联用开关进行投切50次，另外还在试验变压器输出侧并联电容器组对试品进行了10次耐涌流试验。试品没有出现任何问题。
　　3)电容器的损耗试验。为验证短路电容器单元长期稳定性和保持低损耗，取3台在出厂试验中有一个元件击穿的电容器进行了寿命试验。试验环温50℃，施加电压为电容器额定电压的1.25倍，由于有一个元件击穿，完好元件的实际过电压系数为167%。经5400h的加速寿命试验后，电容器的损耗保持在0.8~0.9×10-4，均在产品出厂容许的范围内。
　　3 无熔丝电容器组的接线

       无熔丝电容器组的接线有图2和图3两种方式，可根据具体情况选用。表1给出了若干计算举例，包括元件击穿后引起的完好元件过电压、完好电容器单元过电压及故障相电容的变化。从中可以看出，单元中元件串联数越多，元件过电压越低。单元内元件无分支的结构，完好元件过电压稍低，但元件击穿后相电容增加较大。电压等级越高，完好元件和单元过电压越低。
      4 无熔丝电容器的优点

　　无熔丝电容器能隔离故障元件、使电容器在容量仅发生微小变化的条件下保持正常运行，能达到内熔丝电容器或外熔丝电容器所具有的保护功能。相比之下，无熔丝电容器尚具有如下优点：
　　(1)与内熔丝电容器或外熔丝电容器相比，无熔丝电容器单元和内部元件并联储能较小，元件击穿时不易损伤临近元件或对壳绝缘(须知，元件故障若造成对壳主绝缘的击穿，其后果是非常严重的)，有利于防止故障的扩大或外壳爆炸。
　　(2)与外熔丝电容器相比，装置结构紧凑，节省安装空间。设备简化，使运行故障率降低。
　　(3)因不存在内熔丝和外熔丝上的损耗，所以无熔丝电容器的整体损耗较低。
　　(4)与内熔丝电容器相比，成本较低，结构简单，有利于减少制造质量缺陷;元件容量大、数量少，生产效率较高。
　　5 无熔丝电容器的使用范围

　　(1)使用于系统电压等级较高的场合，以35kV为界。美国GE公司介绍，330kV电容器组的电容器单元为16串，单元内元件7串，每相共112串，一个元件(即一个串联段)击穿引起的过电压不到1%。
　　(2)电容器组的容量限制：主张以内熔丝电容器为主的ABB公司认为，无熔丝电容器仅适用于电压高、容量小的场合，如图4所示。美国认为无熔丝电容器的应用在整组容量上没有限制。

　　(3)电容器单元参数限制：研究认为，应限制流过元件击穿点(即每分支)的电流不超过60A。这就对电容器单元的电压和容量作出了限制。对于内部有元件分支的电容器单元，额定电压应在10kV以上。美国GE公司经验，元件介质厚度以25~30μm(重量法)或28~34μm(千分尺法)为宜。
       6 结语
　　(1)文中借助国外的实践经验，介绍了无熔丝电容器的概念、原理、接线，进行了应用分析。正象外熔丝、内熔丝电容器一样，无熔丝电容器为我们提供了一种电容器设计方式。在高电压领域无熔丝电容器适用性较好,从外部特性来看，可达到与内熔丝同样的效果，另外还具有结构简单、节省成本、生产效率高、可减少质量缺陷、降低电容器外壳爆炸几率等优点。

　　(2)电容器介质材料、产品设计和制造技术都在不断发展，目前无熔丝电容器设计技术在我国尚未广泛应用，需要通过应用实践加以认识，不断完善和提高，充分发挥其技术上和经济上的优越性。