關(guān)于66 kV高壓并聯(lián)電容器的故障分析

趙銀鍇

摘 要：在高壓輸配電系統(tǒng)中，電容設(shè)備以并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式工作，是電力專業(yè)人員經(jīng)常采取的提高電力輸送質(zhì)量的有效手段，電容設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，直接影響整個高壓配電系統(tǒng)的輸配電質(zhì)量。文章結(jié)合某一電力企業(yè)的66 kV高壓并聯(lián)電容設(shè)備發(fā)生的一系列故障，從產(chǎn)品設(shè)置、制作工藝、硬件質(zhì)量以及在發(fā)生故障時的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)分析，并提出一些相應(yīng)的建議。

關(guān)鍵詞：66 kV；高壓并聯(lián)電容器；故障分析

現(xiàn)階段高壓并聯(lián)電容器的應(yīng)用極已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，不僅可對電網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行有效提升，同時也可促使電網(wǎng)電壓質(zhì)量進(jìn)行大幅度提高，也可以將其認(rèn)定為一種特定的形式，主要對電網(wǎng)的無功電率進(jìn)行補(bǔ)償，這對高壓電器運(yùn)行狀況有著不可替代的重要作用。本文主要針對66 kV組合高壓電容器的事故進(jìn)行科學(xué)分析，這對類似事故的處理有極大的促進(jìn)作用。

1 故障點(diǎn)的情況分析

根據(jù)解剖的電容器元件，故障點(diǎn)的情況可以歸納出4種：（1）內(nèi)擊穿。從元件內(nèi)部向外擊穿，特點(diǎn)是外表擊穿點(diǎn)小，里面擊穿點(diǎn)越來越大（多層），且呈現(xiàn)大面積燒熔狀態(tài)。（2）外擊穿。從元件外部向內(nèi)擊穿，特點(diǎn)是外表呈現(xiàn)大面積燒熔狀態(tài)，里面擊穿點(diǎn)越來越小（多層）至沒有。（3）帶擊穿。當(dāng)元件內(nèi)擊穿到外表面或外擊穿時，其臨近元件外表面絕緣被破壞發(fā)生擊穿現(xiàn)象。（4）全擊穿。特點(diǎn)是擊穿點(diǎn)基本全被燒熔，元件間絕緣紙被燒壞，出現(xiàn)大面積跨元件的燒熔現(xiàn)象。

2 故障分析

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)

對于故障的診斷，最主要的是要觀察電容設(shè)備，看表面標(biāo)明的各項(xiàng)參數(shù)是否符合66 kV高壓配電標(biāo)準(zhǔn)，還要在硬件上看容器設(shè)備是否有組件上的損壞和缺失。所以這就需要廠家相關(guān)人員從專業(yè)角度，向變電站工作人員明確發(fā)生故障的電容器包括電容和電壓以及電場強(qiáng)度等設(shè)置情況；其次，結(jié)合DL/T840，GB/T11024及廠家的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求對以上參數(shù)進(jìn)行對比，沒有發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的問題。

2.2 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝質(zhì)量

電容設(shè)備在制造工藝上出現(xiàn)問題也容易引起電力故障，這就需要從故障電容設(shè)備整體的制作技術(shù)進(jìn)行專業(yè)診斷。經(jīng)過專業(yè)人員對故障電容設(shè)備剖析，很容易觀察到其中薄膜的不規(guī)整甚至于出現(xiàn)打皺情況，從而明確判定電力故障與此有關(guān)。那么據(jù)廠家相關(guān)人員指出，對于薄膜的不規(guī)整，主要?dú)w因于電容設(shè)備在制作過程中出現(xiàn)的異常情況，也就是說電容設(shè)備在卷制期間，由于兩種膜韌性不同，而導(dǎo)致皺褶現(xiàn)象在所難免。

2.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料質(zhì)量

從專業(yè)角度來說，電容設(shè)備構(gòu)架分為兩個方式，一個是隱箔式，另一個是凸箔式，目前前者在電業(yè)應(yīng)用中已不多見。因此本次故障電容設(shè)備屬于凸箔式。專業(yè)人員從故障表面上總結(jié)出，在電容設(shè)備制作過程中，電極的引出焊接環(huán)節(jié)沒有進(jìn)行明確的標(biāo)明，以至于在帶有分閘總閘的并聯(lián)組件間出現(xiàn)電極反裝的現(xiàn)象，然而凸箔式的電容設(shè)備組件間由大量薄膜包裹，也就是說在這樣條件下，也不會因電極反裝現(xiàn)象而引起故障。但是在異常狀態(tài)下就要另當(dāng)別論，比如在電力故障中經(jīng)常出現(xiàn)的擊穿問題，如果在異常情況處出現(xiàn)擊穿情況，后果會比較嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致整個組件的擊穿。那么在組件間如果沒有電極反裝的情況，也就不會存在組件電位的差異，更不會因此而發(fā)生重要故障。

2.4 外熔絲質(zhì)量

從故障的顯現(xiàn)狀態(tài)來看，需要對溶絲進(jìn)行診斷，發(fā)生故障的電容設(shè)備屬于外溶絲框架。故障發(fā)生后，在A相、C相框架和外絕緣子存在電弧放電現(xiàn)象，A相、C相在各自的二個串聯(lián)段中都有部分電容器發(fā)生了貫穿性擊穿，導(dǎo)致外熔斷器群爆。據(jù)專業(yè)相關(guān)人員指出，這種故障的出現(xiàn)屬于意外情況，之前整個電容配套設(shè)備都處在正常運(yùn)作的狀態(tài)，除其中的電容設(shè)備出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，如果這時外熔絲沒有得到繼電保護(hù)動作的阻斷，就會不可避免地引起更大故障的一觸即發(fā)。

在電容設(shè)備生產(chǎn)過程中，加入外熔絲的目的是為避免因單個電容發(fā)生擊穿而波及整個并聯(lián)電容器設(shè)備故障。顯而易見，在事故出現(xiàn)期間，其中單個電容設(shè)備出現(xiàn)擊穿情況下，外電熔絲如果沒有得到繼電保護(hù)動作的阻斷，就會直接引燃周期性電弧，直到整套并聯(lián)電容發(fā)生故障，也就是說這樣的故障是由外電熔絲缺陷引起。

2.5 電容器元件損壞情況

從電容設(shè)備配套并聯(lián)整體來看，13個串聯(lián)段以并聯(lián)的形式被分成4組，如果某個位置的單個組件發(fā)生擊穿情況時，那么就會涉及這一串聯(lián)段運(yùn)行因故障而停止。在這樣的情況下，電容的容量以及整個配套結(jié)構(gòu)的串聯(lián)部分電流、電壓都會上升8%以上。在通常情況下，串聯(lián)部分電流電壓在提高8%狀態(tài)下運(yùn)行無關(guān)緊要，然而在其中單個組件發(fā)生故障的狀態(tài)下，整個配套結(jié)構(gòu)就會因在超負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行而引起更大的事故，電容器元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.6 故障原因

據(jù)專業(yè)人員的分析，從整體故障表面來看，故障期間沒有發(fā)生嚴(yán)重的貫穿情況。然而經(jīng)診斷，B相線上有電容設(shè)備組件內(nèi)絕緣而產(chǎn)生擊穿情況。A相線和C相線還出現(xiàn)了電弧情況，更需要注意的是，在A相、C相線上串聯(lián)段都存在著較明顯的貫穿痕跡，從這個角度上來說，在故障后期貫穿性損傷還是不可避免地發(fā)生。

（a）原件內(nèi)部原理接線 （b）原件內(nèi)部實(shí)體接線

圖1 電容器元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在整套并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)運(yùn)行期間，專業(yè)人員沒有從中發(fā)現(xiàn)故障的跡象，在這種條件下并聯(lián)配套結(jié)構(gòu)照常運(yùn)行，不可避免地使得其中的電容設(shè)備在超負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，這樣就直接破壞了其中的絕緣系統(tǒng)，繼而整個并聯(lián)結(jié)構(gòu)其他部分也受到牽連，比如因繼電保護(hù)動作的缺乏和絕緣破壞繼續(xù)蔓延，都會引發(fā)大面積損傷，甚至導(dǎo)致并聯(lián)結(jié)構(gòu)的全部燒毀。

經(jīng)專業(yè)人員對第二次發(fā)生事故的狀態(tài)診斷，可以明確判定，一號組中的電容設(shè)備有兩臺是在近期事故后替換的，但是其中的絕緣系統(tǒng)還處于正常狀態(tài)，只是由于這次繼電保護(hù)動作缺乏引發(fā)短路而導(dǎo)致的質(zhì)量上的損傷，當(dāng)然質(zhì)量上問題也包括出廠時狀態(tài)，在電容設(shè)備的絕緣系統(tǒng)遭到破壞的同時，也就失去了對隱患的抵抗能力，繼而不可避免地引發(fā)電弧和整個配套結(jié)構(gòu)的燒毀。endprint

在實(shí)際對故障狀態(tài)進(jìn)行分析時，可將現(xiàn)場檢查情況作為主要依據(jù)，電容器在出現(xiàn)第二次故障時只有兩臺電容器為第一次故障后更換，同時需要注意的是，這兩臺電容器的絕緣設(shè)置是始終維持在正常的狀態(tài)下的，只是存在漏油和套管破裂現(xiàn)象，引起上述現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因就是外熔斷器群爆，外熔斷器存在質(zhì)量問題也對上述現(xiàn)象有直接影響。電容器在發(fā)生故障時不能實(shí)現(xiàn)對故障點(diǎn)的有效隔離，尤其是在外部發(fā)生電弧閃絡(luò)時，電弧重燃現(xiàn)象就是在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)，同時也在一定程度上加大電容器元件被擊穿的可能性[1-2]。

3 建議

經(jīng)過專業(yè)人員對事故現(xiàn)場的進(jìn)一步診斷分析，主要總結(jié)出以下兩點(diǎn)因素。

（1）首先是在電容設(shè)備的質(zhì)量方面，在電容設(shè)備的制作過程中，由于其中某個環(huán)節(jié)的疏漏而導(dǎo)致的產(chǎn)品絕緣部分的不完善狀態(tài)，這樣的問題從表面上看，與正常產(chǎn)品沒有什么不同。但是如果將這樣的產(chǎn)品安排到高壓配電系統(tǒng)中工作，期間存在問題的產(chǎn)品就會對隱患及故障的敏感性提高而抵抗力下降，也就是說問題產(chǎn)品會非常容易受到損傷。在故障發(fā)生時，如果因繼電保護(hù)器缺乏對隱患的敏感性，或者是各種因素導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)問題，而使得產(chǎn)品帶著隱患持續(xù)運(yùn)行，這樣勢必會由于產(chǎn)品設(shè)備抵抗力下降，從而導(dǎo)致整個配電系統(tǒng)更大程度的燒毀。

（2）其次是在一次事故期間電容設(shè)備組件出現(xiàn)的擊穿和電弧問題，使得相線間產(chǎn)生電流短路，在這種狀態(tài)下高壓配電系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行，就會直接引起電熔絲斷裂而導(dǎo)致電力設(shè)備的損傷。另外，如果外熔器自身存在著功能上的缺陷，在運(yùn)行期間，繼電保護(hù)器沒有及時對故障發(fā)出阻斷性警報，這樣也就不可避免地引發(fā)電力設(shè)備的損壞，乃至更大電力事故的發(fā)生[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，引起這兩次電力事故的因素是多方面的，因此重點(diǎn)需要注意以下兩個方面。（1）首先在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要對其中可能出現(xiàn)的誤差，提前做出規(guī)避性的措施或者是事先規(guī)劃出臨時解決方案，對于生產(chǎn)流程的各個環(huán)節(jié)必須注意嚴(yán)守質(zhì)量關(guān)，并且在生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，由專業(yè)人員進(jìn)行全方位的檢測，從而防患于未然，以保證電容設(shè)備的運(yùn)行安全。（2）其次是在電容設(shè)備運(yùn)行過程中，一定要從安全的角度出發(fā)。如果是利用外溶斷器，其中單個電容器發(fā)生擊穿必須要停止運(yùn)行，并且將故障電容設(shè)備替換為正常電容設(shè)備。廠家推薦該組電容器的差流保護(hù)定值宜取0.4 A，必須在結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將其數(shù)值保持在合理范圍內(nèi)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐岳軍，陳沖.高壓并聯(lián)電容器裝置的保護(hù)整定問題分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（16）：73-74.

[2]丁國成，李偉，王來善，等.一起10kV集合式電容器保護(hù)頻繁動作原因分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010（5）：67-70.

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