變電站電容器運(yùn)行技術(shù)的探討

謝芳

（貴州省興義市電力有限責(zé)任公司，貴州 興義 562400）

隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積也在不斷擴(kuò)大，這就要求解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損耗、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功密不可分，解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。電力電容器是變電站及用戶的主要設(shè)備，在電力系統(tǒng)中的主要作用是補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，改善電壓品質(zhì)，減少線路的損耗，提高電網(wǎng)輸送電能能力。電力電容器大量裝設(shè)在各級變電站和線路上。對于110kV及以上變電站，電容器的補(bǔ)償容量可按變壓器容量的10%～30%確定。本文主要介紹變電站電容器的運(yùn)行維護(hù)與故障處理。

1 嚴(yán)格控制電容器的運(yùn)行電壓、電流、環(huán)境溫度

1.1 運(yùn)行電壓

運(yùn)行中電容器內(nèi)部的有功功率損耗由其介質(zhì)損耗和導(dǎo)體電阻損耗組成，而介質(zhì)損耗占電容器總有功功率損耗的98%以上，其大小與電容器的溫升有關(guān)，可用下式表示：

式中，P為電容器的有功功率損耗(kW)；Q為電容器的無功功率 (kvar)；tanδ為介質(zhì)損失角正切值；ω為電網(wǎng)角頻率(rad/s)；C為電容器的電容量（μF）；U為電容器的運(yùn)行電壓（kV)。

由公式可知：當(dāng)運(yùn)行電壓超過額定值將使電容器過負(fù)荷，運(yùn)行電壓分別為電容器額定電壓的110%或120%時，無功功率就分別增加了21%或44%;而電容器運(yùn)行電壓比額定值低，則降低了無功出力，如運(yùn)行電壓為額定電壓的90%時，無功功率降低19%，使容量沒有充分利用，也是不經(jīng)濟(jì)的。同時運(yùn)行電壓升高，使電容器發(fā)熱而且溫升也增加。由于電容器中介質(zhì)損失引起的有功功率損耗P=ωCU2，tanδ也隨著電壓值的平方變化，損耗經(jīng)轉(zhuǎn)換為熱能而被消耗的，運(yùn)行電壓升高，發(fā)熱量也明顯增加。電壓太高，還容易導(dǎo)致熱擊穿，造成電容器損壞。另一方面，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，在高場強(qiáng)下，絕緣介質(zhì)老化加速，壽命縮短。因此電容器運(yùn)行電壓原則上等于額定電壓，并嚴(yán)格控制在一定的范圍以內(nèi)，以保證電容器的安全運(yùn)行。

《變電站運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定“電容器長期運(yùn)行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.1倍?！痹谶\(yùn)行中應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視電容器的運(yùn)行電壓，超過規(guī)定電壓時應(yīng)退出電容器組的運(yùn)行。在選擇安裝電容器組時也要考慮防止電容器發(fā)生過電壓運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平選用合適的額定電壓的電容器。當(dāng)每相的電容器由幾個單臺電容器處于長時間過電壓狀態(tài)下運(yùn)行時，應(yīng)在安裝時盡可能選擇電容值差別小的串聯(lián)在同一相上，并做到三相間電容值差不致過大（不超過5%）。目前，黃石供電公司大多數(shù)變電站安裝運(yùn)行的電容器組10kV的電容器額定電壓一般選擇的。

1.2 過電流

近年來，隨著大型電弧爐、整流設(shè)備、家用電器等非線性用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用（如我公司的220kV石扳路變電站所供負(fù)荷就有許多大型煉鋼爐、軋鋼設(shè)備），各種諧波源產(chǎn)生的高次諧波電流注入電網(wǎng)，從而引起電力系統(tǒng)的電壓和電流波形的嚴(yán)重畸變。電容器對高次諧波最敏感，因為高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過熱損壞。

電容器對電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴(yán)重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達(dá)10～20倍。因此，不僅須考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：①電容器能承受100倍額定電流的涌流沖擊，但每年這樣的涌流沖擊不應(yīng)超過1000次；②電容器允許1.30倍額定電流下長期運(yùn)行，也即允許長期承受超過額定電流的30%的電流，其中，工頻過電壓引起的占10%，諧波過電壓引起的占20%；③對于電容量最大正偏差10%的電容器，其過電流允許值，可寬放至1.43倍額定電流。在實際的供電網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)行電壓的升高和電源電壓中的諧波往往是同時存在的。如果要求電容器的實際無功功率不超過額定無功功率的1.35倍，則允許運(yùn)行電壓升高和允許某次諧波分量的大小兩者之間是互相限制的。在電容器運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重過電流現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行具體分析找出過電流的原因。若運(yùn)行電壓太高，可調(diào)整變壓器分接頭或在電壓過高時將電容器退出運(yùn)行，如電流增大卻沒有伴隨電壓增高時，說明存在高次諧波電流，應(yīng)采取限制諧波的措施：①在電網(wǎng)諧波量較高處安裝諧波監(jiān)視儀，以監(jiān)視分析諧波情況；②安裝串聯(lián)電抗器；③變更系統(tǒng)。有條件時，將電力電容器改接在短路容量大的電源系統(tǒng)，以避開諧振點；④安裝無功補(bǔ)償容量應(yīng)比計算補(bǔ)償容量至少小5%，目的是避免功率因數(shù)達(dá)到1發(fā)生諧振。

1.3 環(huán)境溫度

電容器和其他大部分電氣設(shè)備(變壓器、發(fā)電機(jī))不同，它通常都是在滿負(fù)荷下較長時間運(yùn)行的，而其他電氣設(shè)備則負(fù)荷隨時變化。因此，環(huán)境溫度對電容器的運(yùn)行溫度影響很大。有試驗表明，當(dāng)溫度升高10℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍。電容器長期處于高電場強(qiáng)度和高溫下運(yùn)行將引起絕緣介質(zhì)老化和介質(zhì)損失角δ的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許值而發(fā)熱，縮短電容器的使用壽命，嚴(yán)重時，在高電場強(qiáng)度作用下導(dǎo)致電容器熱擊穿而損壞。按照電容器的有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，電容器的工作環(huán)境溫度一般以40℃為上限。反之，若溫度過低時，因浸漬劑粘度增加，流動性、吸氣性變差，外殼內(nèi)部壓力下降，局部放電電壓降低，結(jié)果也會引起電介質(zhì)老化和擊穿，降低電容器的使用壽命。因此，一方面要選用其溫度類別與實際的運(yùn)行環(huán)境溫度相適應(yīng)的電容器，另一方面在電容器的安裝使用中要特別注意電容器在實際使用工況下的通風(fēng)、散熱和輻射問題，使電容器在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量能即使散發(fā)出去，在高溫條件下降低電容器內(nèi)部的介質(zhì)溫度，以達(dá)到延長電容器實際使用壽命的目的。

2 電容器的巡視檢查、運(yùn)行維護(hù)

為了保證電容器故障率下降，必須加強(qiáng)電容器組的巡視檢查、日常維護(hù)工作。結(jié)合《供電公司變電站運(yùn)行規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定及運(yùn)行經(jīng)驗，總結(jié)出以下一些有效措施：

外殼各部是否滲漏；外殼是否鼓肚，膨脹量是否超過正常熱脹冷縮的彈性許可度；室外電容器組未涂冷鋅的還應(yīng)檢查外殼油漆是否脫落、生銹，當(dāng)脫落或生銹較嚴(yán)重時可涂冷涂鋅解決；套管是否清潔，完整，有無裂紋，放電現(xiàn)象;引線連接處，各處有無松動，脫落或斷線，發(fā)熱變色。電容器容量與熔斷器容量的配置必須相符等。嚴(yán)禁電容器帶病運(yùn)行。

應(yīng)保證電容器不受油、水、雨、雪的侵蝕，不受日光直曬。電容器室應(yīng)有良好的通風(fēng)，室內(nèi)溫度應(yīng)滿足制造廠家規(guī)定的要求，無規(guī)定的，一般運(yùn)行環(huán)境溫度范圍應(yīng)控制在±40℃。

運(yùn)行中電容器出現(xiàn)不正常的異響時，說明內(nèi)部有局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)退出運(yùn)行。另外，當(dāng)電容器噴油或起火、接頭嚴(yán)重過熱、套管嚴(yán)重放電閃絡(luò)、電容器爆炸時，都必須將電容器停止運(yùn)行。

電容器停電安全技術(shù)要求：①斷開開關(guān)，拉開兩側(cè)刀閘；②放電至少3min后，驗明無電推上接地刀閘；③為防止操作過電壓，電容器與變壓器或饋電線路停、送電時，禁止同時投切。

接地應(yīng)良好，運(yùn)行中每月應(yīng)對放電電阻及其回路進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)是否良好。停電檢查工作，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《電工安全工作規(guī)程》，電容器接地前應(yīng)逐相充分放電，星形接線電容器的中性點應(yīng)接地，串聯(lián)電容器及與整組電容器脫離的電容器應(yīng)逐個放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應(yīng)放電。

正確進(jìn)行電容器的投切操作。電容器的投入或退出，應(yīng)根據(jù)母線電壓曲線或按定值由無功自動投切裝置來實現(xiàn)。在投入電容器運(yùn)行前，應(yīng)檢查電容器保護(hù)在加用位置。正常情況下電容器開關(guān)處在熱備用狀態(tài)，投入后應(yīng)認(rèn)真檢查開關(guān)位置及電流電壓變化情況。投切方式目前主要有兩種，一種是通過電壓無功綜合控制裝置進(jìn)行自投切，另一種就是由運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)度部門頒發(fā)的電壓曲線來進(jìn)行。例如，我公司調(diào)度部門每天早上負(fù)荷高峰期對一些220kV變電站下達(dá)投入兩組電容器的命令，到了晚上負(fù)荷低谷期下達(dá)切除兩組電容器的命令。

3 電容器在運(yùn)行中的常見故障及應(yīng)對措施

電容器運(yùn)行時的電壓允許范圍：電容器必須能在1.05倍額定電壓下長期運(yùn)行，并在一晝夜中，在最高不超過1.1倍額定電壓下允許運(yùn)行時間不超過6h；當(dāng)周圍空氣溫度24h平均最高值低于標(biāo)準(zhǔn)10℃時，電容器能在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行。電壓升高也會引起電容器的過流。電容器應(yīng)能在1.3倍過電流情況下長期工作，運(yùn)行中超過規(guī)定時應(yīng)將電容器退出工作。

運(yùn)行中的電容器出現(xiàn)不正常的異響時，說明內(nèi)部有局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生，電容器滲漏油、外殼鼓肚，膨脹的現(xiàn)象時，有可能是由于運(yùn)行溫度過高、運(yùn)行電壓過高或高次諧波引起過電流，應(yīng)立即將電容器退出運(yùn)行，查明具體原因，找出對策。

當(dāng)電容器的熔斷器熔絲熔斷時，應(yīng)向值班調(diào)度員匯報，待取得同意后，再斷開電容器的斷路器。在切斷電源并對電容器放電后，先進(jìn)行外部檢查，檢查電容器是否鼓肚、過熱、開裂、以及熔絲元件熔斷狀況。如未發(fā)現(xiàn)故障跡象，可換好熔斷器熔絲后繼續(xù)投入運(yùn)行。如經(jīng)送電后熔斷器的熔絲仍熔斷，則應(yīng)退出故障電容器，并恢復(fù)對其余部分的送電運(yùn)行。對于電容器組而言，每只電容器都有單獨的熔斷器。所以，當(dāng)某一只電容器故障時，其熔絲熔斷，不致影響其他電容器，熔絲可按1.5～2.5倍額定電流選擇。

合閘投入電容器前，必須放電完畢，禁止電容器帶電荷時合閘。保護(hù)裝置自動跳閘后，電容器不得強(qiáng)行合閘送電，要判明原因并經(jīng)處理后再投入運(yùn)行。另外，電容器上不允許安裝自動重合閘裝置。

當(dāng)電容器噴油、著火時，應(yīng)立即斷開有關(guān)設(shè)備的電源，并用沙子或干式滅火器滅火。此類事故多是由于系統(tǒng)內(nèi)、外過電壓，電容器內(nèi)部嚴(yán)重故障引起的。

[1]華北電業(yè)管理局組編.變電運(yùn)行技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2000.