一起3 5 k V并聯(lián)電容器組群爆事故分析

董萬(wàn)光，張 建，陳 虎，郝學(xué)磊

（聊城供電公司，山東 聊城 252000）

0 引言

作為變電站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹匾O(shè)備，并聯(lián)電容器組主要用來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)提供無(wú)功功率補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。變電站內(nèi)一般采用就地并聯(lián)電容器組成電力電容器組，以減少損耗、壓降，改善電能質(zhì)量、電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。在運(yùn)行過(guò)程中，電容器組保險(xiǎn)絲熔斷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，同時(shí)電容器組可能發(fā)生群爆現(xiàn)象［1-4］。

1 事故經(jīng)過(guò)

為確保電網(wǎng)度夏的穩(wěn)定運(yùn)行，2013年5月對(duì)電力設(shè)備開展帶電測(cè)試工作。5月12日，在對(duì)該站進(jìn)行紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)該組C相編號(hào)為78852電容器的熔斷器熔絲與熔絲座間有過(guò)熱點(diǎn)（圖1），與其他相相比溫差在15 K左右。 根據(jù)DL/T664—2008《帶電設(shè)備紅外測(cè)溫診斷應(yīng)用規(guī)范》判定為一般缺陷，隨即對(duì)其加強(qiáng)紅外檢測(cè)，復(fù)測(cè)溫差為15 K。 6月17日，天氣狀況良好，且無(wú)相關(guān)操作，15：54，I組電容器保護(hù)動(dòng)作，檢修人員趕到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)35 kV電容器Ⅰ組發(fā)生群爆事故。

I組電容器的熔斷器大部分損壞，部分熔斷器樹脂管發(fā)生爆裂或脫管現(xiàn)象；I組電容器組的7個(gè)電容器發(fā)生不同程度的損壞，其中B相編號(hào)為78818、78777，C 相編號(hào)為 78785、78817、78852、78840、78767電容器發(fā)生爆炸，電容器的進(jìn)線套管被爆炸沖擊力破壞，碎瓷片散落在四周，且電容器殼體有脹裂、燒毀、滲油的現(xiàn)象（圖2）；A相氧化鋅避雷器放電計(jì)數(shù)器顯示1，B相為3，C相為5；后臺(tái)微機(jī)保護(hù)記錄，顯示差動(dòng)保護(hù)故障記錄（表1）。

圖1 熔斷器紅外測(cè)溫

圖2 電容器爆炸

2 事故分析

35 kV并聯(lián)電容器組型號(hào)為TBB35-15000/500-

ACW，接線形式采用中性點(diǎn)不接地單星形接線方式（圖3），由編號(hào)1到10的10個(gè)單只電容器分兩層，每相的上層5個(gè)電容器經(jīng)外熔斷器與35 kV（相電壓約為20 kV）系統(tǒng)相連，下端并聯(lián)后作為下層電容器的輸入端，并與鐵架焊接，電容器的外殼與地之間的電位差約為系統(tǒng)運(yùn)行相電壓的一半，即10 kV。

表1 耿莊I組電容器35C1保護(hù)動(dòng)作情況

圖3 電容器組接線方式

圖4 熔斷器結(jié)構(gòu)

為確定外觀完好、無(wú)異常的單只電容器是否有損傷，對(duì)其逐個(gè)充分放電后進(jìn)行極間絕緣電阻、電容量及極對(duì)殼的絕緣電阻值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)除C相一電容器電容量超標(biāo)外，其余電容器電容量、絕緣電阻測(cè)量值與出廠值基本一致，符合規(guī)程規(guī)定。MOA、消弧線圈試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與上次例行試驗(yàn)相當(dāng)。

表2 電容器組電容量測(cè)試結(jié)果 μF

熔斷器群爆，一定是過(guò)電流作用的結(jié)果；電器大面積損壞，一定有高的過(guò)電壓出現(xiàn)過(guò)。熔斷器結(jié)構(gòu)如圖4所示，C相78785電容器熔斷器熔絲和尾線的壓接點(diǎn)發(fā)熱，原因可能是熔絲和尾線接觸面不足或壓接面的壓接壓力沒(méi)有達(dá)到相關(guān)的要求。

電容器組中，每個(gè)電容器都儲(chǔ)有能量，由于設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行，隨著時(shí)間的積累，斷路器滅弧管局部碳化、開裂或受電弧高熱產(chǎn)生的壓力不足使尾線不能快速噴射而出，致使滅弧性能下降或失效，電容器熔斷器在動(dòng)作過(guò)程中產(chǎn)生重燃過(guò)電壓，C相78785電容器由于注入能量超出正常的允許范圍使其內(nèi)部元件在高電壓的作用下發(fā)生元件擊穿，擊穿后，電容器組內(nèi)部的電流方向發(fā)生變化，同時(shí)非擊穿電容器對(duì)擊穿電容器電容放電，形成故障電流，由于電容放電電流較大，在放電電流和電動(dòng)力的作用下，該層與之并聯(lián)的其它電容器的熔斷器部分或者全部熔斷，使故障相上下兩層電容器電壓分布不均勻，全相大部或全部電壓轉(zhuǎn)移到故障層熔斷器斷口，使斷口恢復(fù)電壓成倍上升，導(dǎo)致熔斷器熄弧后又重燃。電容器擊穿，熔斷器重燃，在電容器組內(nèi)部引起能量轉(zhuǎn)移與交換，在其它健全電容器上產(chǎn)生很高的故障過(guò)電壓，故障相電容量變小，使電容器組三相阻抗不平衡，承受的故障電壓更高，致使電容器大面積損壞。此外，發(fā)熱導(dǎo)致環(huán)氧樹脂管外管發(fā)熱龜裂、絕緣強(qiáng)度明顯下降，與端帽連接的環(huán)氧樹脂機(jī)械強(qiáng)度下降，在開斷大電流時(shí)，產(chǎn)生高壓力氣體易出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

另外，根據(jù)熔斷器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)其尾線過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致管體內(nèi)的尾線在彈簧的作用下被噴逐出后可能與電容器的外殼接觸，造成電容器端子與外殼之間短路，從而引起電容器組三相的內(nèi)部的暫態(tài)過(guò)電壓，使其爆裂，同時(shí)使其它各單元電容器上產(chǎn)生過(guò)電壓。

綜上所述，電容器的熔斷器質(zhì)量問(wèn)題是本次事故發(fā)生的主要原因，熔斷器產(chǎn)品因材料及生產(chǎn)工藝問(wèn)題造成熔斷器熔絲的安秒特性標(biāo)準(zhǔn)偏差值存在不同程度的誤差，使得熔斷特性存在分散性，導(dǎo)致熔斷器沒(méi)有起到切斷電壓保護(hù)電容的作用，使部分電容器由于過(guò)電壓作用而損壞；熔斷器的尾線過(guò)長(zhǎng)，可能在某個(gè)熔斷器誤動(dòng)或其它原因使熔斷熔斷器的尾線與電容器外殼部分接觸，形成電容與外殼短路，進(jìn)而造成電容組內(nèi)部的過(guò)電壓；電容器的熔斷器底座過(guò)熱現(xiàn)象較為普遍，長(zhǎng)期的過(guò)熱影響下破壞了熔絲材料的物理性能，使熔斷器的性能逐漸降低，不能迅速滅弧。

3 防范措施

選用與電容器匹配的熔斷器，加強(qiáng)對(duì)熔斷器滅弧管的檢查，熔絲熔斷后要認(rèn)真查找原因，電容器組不得使用重合閘，跳閘后不得強(qiáng)送電，以免造成大面積損壞的事故。按規(guī)程規(guī)定嚴(yán)格巡視運(yùn)行中電容器組，檢查電容器有無(wú)滲、漏油現(xiàn)象及箱殼有無(wú)膨脹，套管是否清潔完整，是否有裂紋，是否有異響。加強(qiáng)運(yùn)行并聯(lián)電容器裝置的紅外測(cè)溫工作，掌握其運(yùn)行狀況，對(duì)存在缺陷的及時(shí)處理，確保消缺質(zhì)量。加強(qiáng)系統(tǒng)電壓和電網(wǎng)高次諧波成分的運(yùn)行管理，在變電站裝設(shè)消諧裝置。在電容器組中性點(diǎn)加裝過(guò)電壓阻尼裝置，以降低操作過(guò)程中的過(guò)電壓和涌流［7-9］。

4 結(jié)語(yǔ)

與同電壓等級(jí)的電力設(shè)備相比，并聯(lián)電容器的絕緣水平偏低，目前電容器的熔斷器質(zhì)量還有待改進(jìn)，內(nèi)部元件發(fā)熱較多且散熱不佳，在變電站內(nèi)屬于可靠性偏低的電器［10］。因此，應(yīng)加強(qiáng)并聯(lián)電容器組的安裝、巡查及檢修力度，發(fā)生故障后應(yīng)認(rèn)真分析，找出事故原因，并對(duì)其它電容器進(jìn)行排查。

［1］ 陳家斌.電氣設(shè)備運(yùn)行維護(hù)及故障處理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2006.

［2］ 陳天翔.電氣試驗(yàn)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

［3］ 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)［M］.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［4］ 王兆安.諧波抑制和無(wú)功功率補(bǔ)償［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［5］ GB 11024.3—2001 標(biāo)稱電壓1 kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器第3部分：并聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器組的保護(hù)［S］.

［6］ GB 11024.1—2001 標(biāo)稱電壓1 kV以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器第1部分：總則性能、試驗(yàn)和定額安全要求安裝和運(yùn)行導(dǎo)則［S］.

［7］ 胡海安.運(yùn)行中發(fā)生電容器組熔斷器全爆的故障分析［J］.電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2009，26（8）：35-37.

［8］ 洪金琪.單臺(tái)并聯(lián)電容器保護(hù)用熔斷器試驗(yàn)情況及使用問(wèn)題的分析［J］.電力電容器，2004，12（2）：41-43.

［9］ 張軍陽(yáng).并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容器組熔斷器群爆現(xiàn)象分析和對(duì)策研究［J］.電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2008，23（2）：49-53.

［10］ 王文洪.并聯(lián)電容器組熔斷器“群爆”故障分析［J］.電力電容器，2007，36（2）：51-53.