500kV高壓并聯(lián)電容器組故障分析

陳沖

摘 要：文章針對(duì)500kV某變電站電容器組成套裝置，發(fā)生差電壓不平衡保護(hù)動(dòng)作。通過(guò)對(duì)事故電容器進(jìn)行解體試驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的情況，進(jìn)行了模擬計(jì)算，提出了故障分析的方法以及改善方案。

關(guān)鍵詞：電容器；事故分析；處理建議

1 500kV某變電容器組故障及處理情況簡(jiǎn)述

我公司[簡(jiǎn)稱NW]接到某超高壓通知：某站其中一組電容器組成套裝置發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動(dòng)作。NW人員在接到通知后立即趕到現(xiàn)場(chǎng)配合進(jìn)行了檢查、試驗(yàn)，確定了更換的方案，其中更換了15臺(tái)，經(jīng)判斷15臺(tái)中有5臺(tái)電容器容量變化超標(biāo)（1臺(tái)容量變?yōu)?，另4臺(tái)容量變化在5%～8%），有10臺(tái)電容器容量變化經(jīng)估算在1只元件左右，更換返廠的目的是為了能對(duì)5臺(tái)容量變化超標(biāo)產(chǎn)品的判斷分析更具代表性。

2 變電站電容器裝置的基本情況

3 電容器結(jié)構(gòu)情況的說(shuō)明

電容器型號(hào)為BAM6r12/2-334-1W，單瓷套，臥放方式。電容器串并聯(lián)為12并4串，箱殼尺寸為440*180*760，露箔式結(jié)構(gòu)，介質(zhì)結(jié)構(gòu)為15+15μm，帶內(nèi)熔絲結(jié)構(gòu)，場(chǎng)強(qiáng)為50kV/mm。

4 試驗(yàn)、解剖情況

發(fā)現(xiàn)電容器編號(hào)198號(hào)單臺(tái)電容器出現(xiàn)開(kāi)路現(xiàn)象，電容器有鼓肚、絕緣油發(fā)黑現(xiàn)象。其中：第一串的第1、4、9、12個(gè)元件損壞，其中第1、4個(gè)元件是擊穿的，第9、12個(gè)元件主要是熔絲熔斷燒壞的。第二串的第1、2、12個(gè)元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。第三串的第1、2、5、9、11個(gè)元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。第四串的第1、9、11、12個(gè)元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)了解和電容器的解剖，發(fā)現(xiàn)以下情況：在故障現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，變電站有一臺(tái)電容器電容量為0（即開(kāi)路）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，此變電站發(fā)生容量變化的電容器絕大部分分布在框架的上層。解剖的故障電容器中元件的擊穿點(diǎn)在元件的大面位置。此變的198#容量變化為0的電容器，解剖中發(fā)現(xiàn)部分元件內(nèi)熔絲襯墊上有明顯的燒灼痕跡，有些嚴(yán)重的已在元件的表面外包薄膜上留下了受熱的印痕，另外有部分內(nèi)熔絲未充分氣化，變成很多的小段留在紙板上。

5 故障情況分析

5.1 關(guān)于電容器組不平衡電流保護(hù)動(dòng)作的計(jì)算復(fù)核

繼電保護(hù)動(dòng)作的主要原因應(yīng)該是由于其中的一臺(tái)電容器電容量變化為零引起的。通過(guò)相應(yīng)理論計(jì)算所得的保護(hù)動(dòng)作電壓與實(shí)際保護(hù)動(dòng)作電壓非常接近。

計(jì)算一下根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果應(yīng)產(chǎn)生的保護(hù)出口電壓。

單臺(tái)電容器的額定電壓為12/2kV，4串。由于沒(méi)有獲得當(dāng)時(shí)電容器運(yùn)行電壓，我們先假設(shè)故障前裝置的線電壓為U0=38kV，考慮串聯(lián)電抗器的分壓之后電容器組承擔(dān)的電壓為22/（1-0.12）=25kV。

當(dāng)PT的變比為120：1時(shí)，如果差電壓保護(hù)的定值設(shè)為3伏的話，則這時(shí)允許切除的故障元件數(shù)為9只，完好元件上將承受2.3倍的過(guò)電壓（超出GB11024.4-2001中4.2及5.3.1條關(guān)于內(nèi)熔絲隔離和試驗(yàn)條款的要求），故障串聯(lián)段完好的電容器也將在大于1.05倍的過(guò)電壓下運(yùn)行，因此從電容器組穩(wěn)定運(yùn)行角度來(lái)說(shuō)不甚合理，一旦等到繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)由于一臺(tái)電容器的損壞而發(fā)展到多臺(tái)受損的情況。

5.2 關(guān)于電容器容量變化的分析

分析認(rèn)為：此變電站的繼電保護(hù)動(dòng)作是由于電容器內(nèi)部元件擊穿，一臺(tái)電容器容量變零引起的。引起電容器元件擊穿的可能原因大致有以下幾點(diǎn)：

現(xiàn)場(chǎng)及元件擊穿點(diǎn)位置情況：

大部分容量變化大的電容器基本上發(fā)生在裝置的上層，同時(shí)解剖過(guò)程中擊穿點(diǎn)位置在瓷套側(cè)元件部分占總的擊穿元件的75%。通過(guò)以上數(shù)據(jù)，我們可以發(fā)現(xiàn)，電容器的擊穿點(diǎn)在電容器的溫度較高部分，可見(jiàn)溫度在促使電容器絕緣介質(zhì)劣化上發(fā)揮了一定的影響。

分析意見(jiàn)：

裝置上層受陽(yáng)光照射后相對(duì)溫度較高，在夏季時(shí)周?chē)h(huán)境溫度也很高，就會(huì)出現(xiàn)上層比下層更容易發(fā)生元件損壞現(xiàn)象，出現(xiàn)更高的淘汰率，這是由于工作于溫度類別上限或高于上限值時(shí)，絕緣材料的熱劣化現(xiàn)象造成的。不排除個(gè)別電容器及內(nèi)部元件的損壞也有可能是材料存在的個(gè)別偶然的弱點(diǎn)，經(jīng)過(guò)運(yùn)行后出現(xiàn)的自然淘汰現(xiàn)象。

該變電站的電容器元件在熔絲連接片處擊穿，由于損壞比較嚴(yán)重，鋁箔和側(cè)面銅帶相連接造成了整個(gè)串聯(lián)段短路，所以此單臺(tái)電容器出現(xiàn)熔絲群爆而第三個(gè)串聯(lián)段短路的現(xiàn)象。短路點(diǎn)電流很大、溫度很高，造成絕緣油快速汽化，導(dǎo)致箱殼鼓肚。同時(shí)由于上述的一些原因而使其他幾臺(tái)電容器也受到影響，出現(xiàn)少量的不同程度的容量變化。

此變電站繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)的出口電壓值與模擬計(jì)算值基本一致，保護(hù)動(dòng)作正確的切除了故障電容器組，判斷事故的直接原因是上層的個(gè)別電容器內(nèi)部元件絕緣受到熱的作用劣化，耐電性能下降發(fā)生擊穿，在保護(hù)定值內(nèi)發(fā)展到一個(gè)串聯(lián)段的內(nèi)熔絲全部熔斷并影響其他串聯(lián)段，最終由一臺(tái)容量變零導(dǎo)致了差電壓不平衡保護(hù)動(dòng)作。

6 建議

個(gè)別電容器及內(nèi)部元件可能受環(huán)境溫度、陽(yáng)光照射的影響，使絕緣材料出現(xiàn)熱劣化現(xiàn)象，考慮電容器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議是否可以采取在夏天遮陽(yáng)的措施來(lái)解決。按現(xiàn)行的繼電保護(hù)整定原則，電容器組電壓差動(dòng)保護(hù)定值存在略偏大的情況，建議對(duì)電容器組重新進(jìn)行保護(hù)整定值核算，對(duì)內(nèi)熔絲電容器宜按完好串聯(lián)段電容器元件允許過(guò)電壓值進(jìn)行整定，提高保護(hù)靈敏度，以及時(shí)地切除故障電容器組，避免損壞面由于個(gè)別電容器偶然的損壞而擴(kuò)大。以上分析、建議如有不妥之處還望諒解并給我們多提寶貴意見(jiàn)，謝謝！

參考文獻(xiàn)

[1]周存和.并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置技術(shù)問(wèn)答[M].廣西科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

[2]宋森，等.并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社，2011.

[3]楊積元，胡厚寶.500kV洛凡線調(diào)試中發(fā)生斷路器重燃過(guò)電壓的分析[J].高電壓技術(shù)，1988.