500kV斷路器均壓電容器故障分析

國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 四川成都 610041

目前，500kV斷路器均壓電容器在電網(wǎng)內(nèi)的應(yīng)用越來越普遍。作為我國電網(wǎng)系統(tǒng)最為重要的電力設(shè)備之一，斷路器均壓電容器對于改善斷口間電壓的分布具有明顯的作用，其降低斷路器分合閘弧隙恢復(fù)電壓陡度以及滿足大容量斷路器的分合閘滅弧要求的能力是維持變電站安全運(yùn)行的必要條件[1]。由于國內(nèi)500kV斷路器均壓電容器出現(xiàn)故障的事件具有常規(guī)性，國內(nèi)供電公司雖然具有許多十分詳細(xì)的典型事故資料，但是國內(nèi)對于斷路器均壓電容器故障的分析是十分欠缺的，并沒有對事故發(fā)生的原因進(jìn)行深入的研究和制定相應(yīng)的防范措施，從而導(dǎo)致由斷路器均壓電容器故障所引發(fā)的相關(guān)電力事故屢見不鮮，這對我國的電力系統(tǒng)的安全性構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

1 斷路器均壓電容器工作原理

斷路器均壓電容器又被簡稱為均壓電容器，是為了使串聯(lián)的雙斷口的電壓在高電壓等級上得到平衡的分配，高壓斷路器并聯(lián)了均壓電容器，從而使各個(gè)斷口間的電壓在分?jǐn)噙^程中和斷開時(shí)得以均勻的分布。同時(shí)，斷路均壓電容器可以對斷路器的滅弧特性進(jìn)行良好的改善，使得斷路器的分?jǐn)嗄芰Υ蟠筇岣遊2]。均壓電容器的主要工作原理比較類似于充電電容。當(dāng)開關(guān)處于分閘的狀態(tài)下時(shí)，串聯(lián)的斷口之間相當(dāng)于多個(gè)電容器串聯(lián)在一起，因?yàn)殡妷航档拇嬖趯?dǎo)致串聯(lián)斷口之間產(chǎn)生電位差，從而使得斷口間的電壓分布不均勻。為了消除斷口間的電壓降，在串聯(lián)的斷口再并聯(lián)一個(gè)較大的電容，從而起到對多個(gè)串聯(lián)的電容充電的作用，使得串聯(lián)斷口的電壓進(jìn)行平衡再分配[3]。另外，均壓電容器可以對開關(guān)在開斷過程中斷口間恢復(fù)電壓的幅值進(jìn)行有效的限制，其主要作用原理是利用的容性元件電壓不可躍變的原理，可以大大降低開關(guān)開斷故障電流時(shí)的負(fù)荷。

2 斷路器均壓電容器研究現(xiàn)狀

由于斷路器均壓電容器在電力系統(tǒng)中具有不可替代的作用，均壓電容器頻發(fā)故障會(huì)對整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響。因此，就斷路器均壓電容器的各種故障，國內(nèi)外的研究人員均進(jìn)行了深入分析。針對均壓電容器上的開關(guān)發(fā)生跳閘的問題，BredenkampGL等對串聯(lián)過壓電壓開關(guān)的瞬態(tài)電壓進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)在發(fā)生開關(guān)過壓情況時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過高的電流瞬間通過開關(guān)的現(xiàn)象，過高電流呈梯級出現(xiàn)，且出現(xiàn)的頻率較高，從而解釋了均壓電容器上的開關(guān)頻繁出現(xiàn)跳閘的原因。HuangD等利用仿真技術(shù)對動(dòng)態(tài)恢復(fù)電壓的瞬間過程進(jìn)行了模擬，確定了均壓電容器開閉閘的條件[4]。通過有限元法和電源頻率進(jìn)行計(jì)算的方法，發(fā)現(xiàn)了斷路器均壓電容器在運(yùn)行過程中，動(dòng)靜態(tài)電壓分布的特性。方宇在電力調(diào)度平衡調(diào)控策略制定上開發(fā)出的輸出均壓電容電壓控制系統(tǒng)以及提出的三相電流平衡法，有效解決了運(yùn)行參數(shù)延遲所引起的電路和開關(guān)啟動(dòng)故障，確保了供電站輸配電的穩(wěn)定性，提高了電網(wǎng)的安全性能。

2.1 事故案例的分析

對于斷路器均壓電容器時(shí)常發(fā)生故障這一現(xiàn)象，本文以某換流站均壓電容器出現(xiàn)擊穿的事故為例，詳細(xì)闡述了整個(gè)故障分析過程，并結(jié)合事故原因提出了處理意見，期望能夠?yàn)樘幚頂嗦菲骶鶋弘娙萜鞴收戏矫嫣峁┌咐齾⒖肌?/p>

2.2 事故發(fā)生的概況

電站的均壓電容器的裝配工藝采用的是硅橡膠傘裙粘接方法，所有均壓電容器均是在第一次故障發(fā)生后更換的新的斷路器。但是，采用更換后的電容器進(jìn)行試運(yùn)行時(shí)，均壓電容器仍然發(fā)生放電擊穿故障。故障發(fā)生時(shí)的直流控制系統(tǒng)正處于升級過程中，多個(gè)交流濾波器處于母線檢修狀態(tài)和熱備用狀態(tài)。均壓電容器在出現(xiàn)擊穿故障前，電站正在升級乙線極一極控系統(tǒng)程序。在斷開500kV583斷路器時(shí)，現(xiàn)場有異常的響聲出現(xiàn)，此時(shí)的583交流濾波器的故障錄波圖上有一個(gè)尖峰電流（4.535kA）出現(xiàn)，斷路器斷口間的電壓的峰值達(dá)到了876.8kV。

3 斷路器均壓電容器的故障檢查

3.1 事故現(xiàn)場的勘察

故障發(fā)生時(shí)，通過對583交流濾波器間隔一次設(shè)備的外觀檢查發(fā)現(xiàn)，被擊穿的均壓電容器位于583斷路器B向母線側(cè)，傘裙之間存在放電的痕跡，同時(shí)有油狀液體的滲出。均壓電容器在被擊穿時(shí)，由于B套系統(tǒng)發(fā)生異常，導(dǎo)致A套系統(tǒng)在切換為試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，B套系統(tǒng)無法自動(dòng)切換至值班狀態(tài)。所以故障發(fā)生時(shí)，兩套極控系統(tǒng)均未處于值班狀態(tài)。

3.2 均壓電容器解體檢查

為了查明導(dǎo)致均壓電容器出現(xiàn)擊穿故障的真實(shí)原因，在故障發(fā)生后，對出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象的均壓電容器進(jìn)行了返廠解體檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，第34片與第35片傘裙之間確實(shí)有油狀液體滲出，并且在榫接處出現(xiàn)了一個(gè)小凹痕，這與站內(nèi)現(xiàn)場檢查結(jié)果一致。通過對電容器進(jìn)行電氣性能試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電容器的介損和電容量、工頻耐壓以及耐壓后的介損和電容量均合格，詳細(xì)檢測結(jié)果見表1。對故障均壓電容器進(jìn)行進(jìn)一步的解體檢查后，發(fā)現(xiàn)放電的凹痕處的硅橡膠存在明顯的放電空洞，絕緣筒上可以觀察到明顯的電弧燒蝕變黑的痕跡，有少量電容器油從絕緣筒中滲出；將故障均壓電容器里的油全部放出后，抽芯檢查的結(jié)果表明，放電位置電容芯子處的包封紙上有明顯的碳化現(xiàn)象，其他地方未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。電容單元電容容量的測量未發(fā)現(xiàn)異常，均符合電容控制值的要求。

表1 故障斷路器均壓電容器性能試驗(yàn)結(jié)果

3.3 斷路器均壓電容器的故障分析

通過對現(xiàn)場情況的勘察以及均壓電容器的解體檢查，均壓電容器內(nèi)部的絕緣筒之所以被擊穿，是因?yàn)閿嗦菲鞣趾祥l的操作過電壓，導(dǎo)致高壓強(qiáng)電場通過電容器油，瞬間釋放出的巨大能量使得放電通道內(nèi)的電容器油迅速氣化膨脹，從而致使均壓電容器內(nèi)較薄弱處無法承受高強(qiáng)度的氣壓而被擊穿，于是較高的能量從放電孔洞處釋放出來，使得周圍零部件受到嚴(yán)重的損傷，這也就是所謂的液電效應(yīng)。絕緣筒因受到高能力的沖擊而被擊穿，導(dǎo)致電容器油出現(xiàn)噴油現(xiàn)象，這也是為什么故障均壓電容器傘裙處出現(xiàn)油狀液體滲出的原因[5]。均壓電容器的絕緣筒主要有玻璃纖維和環(huán)氧樹脂所組成，并混有金屬雜質(zhì)，當(dāng)出現(xiàn)斷路器分合閘的操作過電壓時(shí)，電氣擊穿后極易引發(fā)放電位置電容芯子處的包封紙出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。

4 斷路器均壓電容器的改進(jìn)措施

4.1 加強(qiáng)運(yùn)行巡視和試驗(yàn)檢查

對所有的斷路器均壓電容器進(jìn)行電暈掃描，利用紫外成像儀及時(shí)發(fā)現(xiàn)均壓電容器所存在的缺陷。對經(jīng)過電暈掃描未發(fā)現(xiàn)缺陷的但存在家族問題的均壓電容器，要加強(qiáng)運(yùn)行巡視，盡可能減少事故發(fā)生的隱患。

4.2 及時(shí)更換均壓電容器

通過采用相應(yīng)的停電措施，將復(fù)合絕緣子均壓電容器全部替換為技術(shù)更為成熟先進(jìn)的瓷瓶式均壓電容器，徹底解決斷路器均壓電容器出現(xiàn)擊穿故障的問題。

5 結(jié)語

斷路器均壓電容器在電網(wǎng)系統(tǒng)中所起到的作用已經(jīng)無需贅述，切實(shí)維護(hù)好斷路器均壓電容器是保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。本文以電站均壓電容器出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象為例，詳細(xì)闡述了斷路器均壓電容器故障的分析方法，以期為相關(guān)從業(yè)人員提供可以借鑒的故障檢修方式。