10kV并聯(lián)電容器組的故障分析及應(yīng)對措施

廣西桂東電力股份有限公司 廖繼庭

隨著我國電網(wǎng)的發(fā)展和電容器制造水平的提高，并聯(lián)電容器已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的無功補償。并聯(lián)電容器作為一種靜止的無功補償設(shè)備，它的主要作用是向電力系統(tǒng)提供無功功率，提高功率因數(shù)。其安全性和可靠性，對于電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行具有十分重要的意義。10kV并聯(lián)電容器是電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，并且量大面廣的電氣設(shè)備，其安全運行對提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低線路損耗，對電網(wǎng)安全，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)碾娔軗p耗，提高電源質(zhì)量和穩(wěn)定性均起著十分重要的作用。本文結(jié)合本人工作中的運行經(jīng)驗，運用案例分析的方法，對10kV并聯(lián)電容器組的故障探討如下。

一、電容器滲漏

1、故障原因

10kV并聯(lián)電容器在使用中發(fā)生滲漏是嚴(yán)重影響電容器正常運行和使用壽命的因素。電容器滲漏原因大致可歸納為以下幾點:①滲漏油故障。并聯(lián)電容器滲漏油是一種最常見的異?，F(xiàn)象,滲漏油的主要原因是:出廠產(chǎn)品質(zhì)量不良,運行維護不當(dāng),長期運行缺乏維修,外皮生銹腐蝕等。②電容器外殼膨脹。其主要原因是: ①在高電場作用下,電容器內(nèi)部絕緣發(fā)生游離而分解出氣體；②部分元件擊穿,電極對外殼放電,密封外殼內(nèi)部對外壓差逐漸增大。此乃電容器故障征兆,應(yīng)及時處理,以避免故障蔓延、擴大。③電容器溫升過高。主要原因是電容器過電流和通風(fēng)條件差。例如電容器室外安裝不合理造成通風(fēng)不良；電容器長時間過電壓運行造成電容器過電流；整流裝置產(chǎn)生的高次諧波使電容器過電流等。此外,電容器內(nèi)部元件故障,介質(zhì)老化、介質(zhì)損耗、介質(zhì)損失角正弦值增大都可能導(dǎo)致電容器溫升過高。電容器溫度升高將影響電容器的壽命,也可能導(dǎo)致絕緣擊穿使電容器短路。

2、故障處理

應(yīng)根據(jù)電容器安裝使用地點的實際情況來正確選用具有相應(yīng)溫度類別的電容器,或采用相應(yīng)的防凍、通風(fēng)降溫等措施。電容器出現(xiàn)滲、漏油,如果是輕微漏油,可用粘膠劑進行修補并同時減輕負(fù)荷或降低環(huán)境溫度,但是不能長時間繼續(xù)運行。如果是箱殼上面漏油,可用錫鉛焊料修補；套管焊縫處漏油,可用錫鉛焊料修補,但應(yīng)注意烙鐵不能過熱,以免銀層脫焊。電容器是一個密封體,如果密封不嚴(yán),空氣、水分和雜質(zhì)會滲入其中而使其絕緣性能下降,甚至導(dǎo)致絕緣擊穿。所以,如果發(fā)現(xiàn)電容器漏油嚴(yán)重時應(yīng)及時將其退出運行。處理故障電容器應(yīng)在斷開電容器的斷路器、拉開斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān),并對電容器組經(jīng)放電電阻放電后進行。

二、諧波導(dǎo)致電容器熱擊穿

1、故障原因

隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種作為非線性負(fù)荷的新型用電設(shè)備越來越多地使用，高次諧波對電網(wǎng)的影響越來越嚴(yán)重。電力系統(tǒng)受到諧波污染后，對變電站并聯(lián)電容器的安全可靠運行造成了較大的影響。實際運行中，大量實測數(shù)據(jù)顯示，三次諧波不僅存在于10kV并聯(lián)電容器組，而且是威脅電容器組安全運行的主要諧波分量。這主要是由于諧波源不對稱平衡導(dǎo)致的，對各類不同非線性負(fù)載產(chǎn)生的三次諧波，其相位、幅值存在著差異，造成不對稱性。過大的諧波電流將直接造成電容器的損壞，引起附加絕緣介質(zhì)損耗，加快絕緣老化，嚴(yán)重的情況下將直接導(dǎo)致電容器的熱擊穿，使整個電容器組不能投入運行。

從公式上看到，諧波含量越大、次數(shù)越高，電容器的發(fā)熱就越嚴(yán)重，而介損大的電容器特別不耐受高次諧波的作用。在運行中諧波會引起附加絕緣介質(zhì)損耗，加快絕緣老化，嚴(yán)重的情況下將直接導(dǎo)致電容器的熱擊穿。此外，在高次諧波作用下，電容器的極間電壓峰值由于疊加的作用將出現(xiàn)較大的增量，使電容器長期處于過電壓狀態(tài)運行。該情況易導(dǎo)致電容器內(nèi)部出現(xiàn)局部放電現(xiàn)象，對電容器內(nèi)部的絕緣極為不利。

2、故障處理

針對所轄變電站的具體情況，在防止諧波方面制定了以下幾方面措施：①消除新建變電站電容器組的設(shè)計隱患。由于以前新站設(shè)計時沒有對當(dāng)?shù)刎?fù)荷的諧波情況進行調(diào)查，在無功補償設(shè)計上習(xí)慣性地選用6%電容器組容抗量的串聯(lián)電抗器，忽略了三次諧波的影響，造成投運后故障頻繁。因此新安裝的電容器組在設(shè)計前都要對當(dāng)?shù)氐闹C波情況進行監(jiān)測，然后根據(jù)監(jiān)測情況，在新安裝電容器的設(shè)計上采取相關(guān)措施。②處理用戶方面的諧波源。即對于產(chǎn)生大量諧波的用戶，在用戶變的低壓側(cè)加裝濾波裝置。

三、熔絲保護導(dǎo)致并聯(lián)電容器組群爆

1、故障原因

10kV并聯(lián)電容器組保護主要配置有兩種，一種是以繼電保護為主保護，另一種是以電容器外熔絲或內(nèi)熔絲為主保護。

熔絲保護，特別是外熔絲保護原因引起的10kV并聯(lián)電容器故障及擴大故障占了2009年電容器全年故障量的三分之二以上。

現(xiàn)運行的大部分10kV并聯(lián)電容器外熔絲，在設(shè)計、廠家質(zhì)量保證等原因存在著較明顯的缺陷。由此導(dǎo)致開斷性能不良，造成電容器內(nèi)部故障熔斷器拒動、誤動導(dǎo)致電容器組群爆時有發(fā)生，使得外熔絲作為電容器內(nèi)部故障主保護的可靠性大打折扣，給安全運行帶來很大的隱患(電容器外熔絲的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示)。

圖1 外熔絲結(jié)構(gòu)圖

在正常情況下，運行中的電容器當(dāng)熔斷器動作后，尾線與樹脂管脫離，電弧使消弧管內(nèi)分解出氣體，強力吹滅電弧，同時利用自身彈力將電弧拉長，加大弧阻，使電弧迅速熄滅。但由于消弧管內(nèi)高溫引起消弧管老化、龜裂或存在密封等質(zhì)量問題后，熔斷器動作，電弧分解出的氣體不能在消弧管內(nèi)產(chǎn)生足夠氣壓，使熔斷器熔斷后不能及時將銅鉸線脫離樹脂管。因電弧不能迅速熄滅，導(dǎo)致熔斷器不能完全熔斷，引起重燃。當(dāng)一只熔絲起爆以后，一只接著一只爆斷，持續(xù)一段時間才停止，最終造成整組電容器群爆?？梢婋娙萜鞯耐馊劢z性能不滿足現(xiàn)場運行要求，是導(dǎo)致并聯(lián)電容器組群爆的主要原因。

2、故障處理

現(xiàn)在10kV并聯(lián)電容器外熔絲生產(chǎn)廠家較多，產(chǎn)品的質(zhì)量方面參差不齊，無法保證系統(tǒng)安全、可靠運行。因此，對現(xiàn)今運行存在問題較多的電容器外熔絲進行全面更換。今后電容器組在設(shè)計時盡可能使用不帶外熔絲的電容器組。如使用集合式電容器組，使用質(zhì)量有保證的無外熔絲的分散式電容組等。電容器保護裝置設(shè)計中可設(shè)有故障和事故兩種保護。故障保護能及時發(fā)現(xiàn)電容器的早期擊穿故障,避免由故障發(fā)展到事故狀態(tài)。事故保護能避免事故擴大向上一級蔓延?？赏ㄟ^外熔絲加微機保護作為電容器的主保護。

四、電容器內(nèi)有異常聲音

1、故障原因

一臺10kV并聯(lián)電容器在運行時，內(nèi)部有放電聲音。一個良好的電容器在工頻情況下,電容器內(nèi)部是沒有電流通過的,因此,在正常運行情況下,應(yīng)無任何聲響，是一種靜止設(shè)備。若運行中電容器內(nèi)有異常聲音,則認(rèn)為電容器損壞失去作用,而且可能會引發(fā)單相接地。

2、故障處理

如果運行中發(fā)現(xiàn)有放電聲及其他異音,應(yīng)立即停止運行。造成聲音的原因大致有以下幾種。①套管放電。電容器的套管為裝配式者,若露天放置時間過長,雨水進入兩層套管之間,加上電壓后,就有可能產(chǎn)生劈劈啪啪的放電聲。遇到這種情形時,可將外套管松出,擦干重新裝好即可。①缺油放電。電容器內(nèi)部如果嚴(yán)重缺油,以致于使套管的下端露出油面,這時就有可能發(fā)出放電聲。為此,應(yīng)添加同種規(guī)格的電容器油。③脫焊放電。電容器內(nèi)部若有虛焊或脫焊,則會在油內(nèi)閃絡(luò)放電。如果放電聲不止,則應(yīng)拆開修理。④接地不良放電。電容器的芯子與外殼接觸不良時,會出現(xiàn)浮動電壓,引起放電聲。這時,只要將電容器搖動一下,使芯子與外殼接觸,便可使放電聲消失。

10kV并聯(lián)電容器作為現(xiàn)今優(yōu)先采用的無功功率補償裝置，對供電企業(yè)而言是十分重要的，是當(dāng)前乃至今后相當(dāng)長的時期內(nèi)，緩解電力供需矛盾，改善供電質(zhì)量的一種行之有效的手段之一。其廣泛的應(yīng)用，能為國家和用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。10kV并聯(lián)電容器故障類型復(fù)雜,對運行工況要求嚴(yán)格,保護比低壓線路保護更為復(fù)雜。保護配置時應(yīng)考慮各種原因引起的過電壓、低電壓、過電流等情況,并應(yīng)根據(jù)電容器接線方式、采樣裝置接線方式及運行方式等條件全面考慮。我們應(yīng)高度重視無功系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的作用，積極應(yīng)用新技術(shù)，加強對減少10kV并聯(lián)電容器故障率的研究，為電網(wǎng)的經(jīng)濟、安全運行提供有力的保障。

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