關(guān)于特高壓換流站直流濾波電容器故障分析研究

楊建國

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定持續(xù)增長，電力需求明顯日益提高，電力行業(yè)獲得快速良好的發(fā)展。此種背景形勢下，要求輸電工程務(wù)必確保穩(wěn)定可靠的輸定能力與效率，完成經(jīng)濟(jì)高效、安全穩(wěn)定的超大容量超遠(yuǎn)距離輸電?；诖耍疚膶μ馗邏簱Q流站直流濾波電容器故障進(jìn)行淺要分析探討，以此為相關(guān)人員提供幫助與參考。

關(guān)鍵詞：特高壓換流站;直流濾波電容器;故障

前言：特高壓換流站系統(tǒng)中，因?yàn)閾Q流器具備非線性的明顯特征，在交流與直流系統(tǒng)中能夠形成諧波電壓與電流，對系統(tǒng)與用戶群體產(chǎn)生危害。為避免產(chǎn)生諧波，需設(shè)置濾波裝置。當(dāng)前，換流站普遍使用直流濾波電容器作為濾波裝置，濾波器使特高壓換流站輸電系統(tǒng)十分關(guān)鍵的設(shè)備，若產(chǎn)生故障問題則對交流系統(tǒng)無功功率以及高壓直流電量輸送具有十分重要的影響，基于此，深入分析研究直流濾波器故障問題顯得至關(guān)重要。

一、解剖前電容器單元實(shí)驗(yàn)

以某±800kV換流站為例，自投入運(yùn)行以來，直流濾波器不斷產(chǎn)生單臺C1電容器故障問題，致使直流濾波器頻繁產(chǎn)生不平衡告警現(xiàn)象，引起系統(tǒng)被迫出現(xiàn)停運(yùn)，對特高壓輸電系統(tǒng)可靠運(yùn)行產(chǎn)生十分不利的嚴(yán)重影響，同時(shí)對系統(tǒng)可靠運(yùn)行同樣造成嚴(yán)重的隱患問題。為對電容器故障情況采取有效處理解決，確保輸電通道安全舒暢，需對直流濾波器C1電容器故障問題的主要原因作出深入分析研究。由于國內(nèi)外還沒有有關(guān)特高壓直流濾波器電容器故障問題主要原題的分析研究文獻(xiàn)，因此對事故問題的機(jī)理以及原因采取分析研究，并基于此發(fā)現(xiàn)電容器故障問題的實(shí)際原因，對電容器可靠運(yùn)行十分關(guān)鍵。

本試驗(yàn)直流濾波器電容試品共計(jì)四臺，兩臺屬于故障電容器，兩臺屬于正常運(yùn)行電容器。對電容器采取凈置處理，3d之后對外觀以及低電壓情況下電器參數(shù)做出測量;之后繼續(xù)采取靜置處理，5d之后對油樣抽取與色譜試驗(yàn)、交流測試電容以及直流耐受試驗(yàn);3d之后對電容器采取解剖分析;分析完成1d之后對電容器元件采取擊穿試驗(yàn)以及熱態(tài)下性能分析研究[1]。

解剖之前采取試驗(yàn)，涵蓋外觀與電性能測試，試驗(yàn)之前對絕緣油所含氣體測試與直流耐受電壓試驗(yàn)。

為避免試驗(yàn)造成試品損壞，外觀與性能測試階段通過低電壓測量，測量數(shù)據(jù)涵蓋電容量以及電阻等，測量結(jié)果如下：

二、運(yùn)行中擊穿電容器解剖情況

（一）電容器D解剖分析

電容器心子平整，質(zhì)量合格，經(jīng)過解剖處理得知電阻器同A存在區(qū)別，電阻器選取柱式膜電阻在絕緣板位置進(jìn)行焊接，此種結(jié)果電阻已經(jīng)不再使用。D與A電阻器，兩者放電電阻結(jié)構(gòu)以及放電位置均存在差異，對于批量生產(chǎn)制造的電容器而言，該種現(xiàn)象屬于不正常情況，因?yàn)殡娮杵鹘Y(jié)構(gòu)各不相同對心子實(shí)際安裝的尺寸以及工藝產(chǎn)生一定影響，因此，也反映出產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造存在未徹底定性的問題[2]。

同電容器A元件存在的明顯區(qū)別，電容器D元件放電電阻，主要是通過金屬膜電阻心子對地絕緣，通過多層絕緣紙采取單獨(dú)包裝，放電器件通過16個(gè)金屬膜電阻共同構(gòu)成，單個(gè)阻值為 ，采用2并8串的方式，3個(gè)串段阻值依次為404、408、407kΩ。

電容器心子元件外部位置沒有發(fā)現(xiàn)明顯擊穿點(diǎn)，對元件電容量采取全部仔細(xì)檢測，測量階段得知第1串段上部位置以及第6個(gè)元件電容量無限大，分析得知元件發(fā)生擊穿短路。對出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象第6個(gè)元件采取解剖分析，解剖方式為從外到內(nèi)的逐層剝離，查找擊穿元件階段，擊穿點(diǎn)位于元件內(nèi)部，擊穿點(diǎn)與燒灼情況內(nèi)部較小，外部最大。

運(yùn)行階段發(fā)生擊穿現(xiàn)象電容器，擊穿元件位置處于上部下數(shù)第6個(gè)部分，擊穿點(diǎn)位于大面位置。擊穿點(diǎn)所處位置位于電場分布最優(yōu)區(qū)域，因此引起該種故障的關(guān)鍵因素主要包括：第一，絕緣膜弱點(diǎn)存在重合情況;第二，真空干燥工藝水平不足;第三，注油工藝水平不足;第四，凈化工藝存在不足?；诜诸惗?，第一點(diǎn)屬于膜特有問題，通常情況下避免此類故障問題主要是對元件采取打耐壓進(jìn)行仔細(xì)篩選，將其采取淘汰處理;后三點(diǎn)原因，無法在生產(chǎn)過程中有效發(fā)現(xiàn)，并借助試驗(yàn)進(jìn)行有效篩選，通常位于運(yùn)行階段依次出現(xiàn)，根據(jù)后續(xù)試驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_，其主要是由于干燥與注油工藝明顯不足引起[3]。

（二）電容器D元件直流電壓擊穿試驗(yàn)

電容器單元額定電壓為9.63kV，內(nèi)部電氣連接采用3串11并的方式，元件額定電壓為9.63/3=3.21kV，元件耐受電壓試驗(yàn)結(jié)果如下表2。

通過上表得知，位于端部與外層位置出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，對電容器造成嚴(yán)重破壞。為對電容器故障形成原因做出深入分析研究。采取各不相同溫度環(huán)境下電容器元件擊穿試驗(yàn)。解剖之后在常溫以及各不相同溫度環(huán)境下采取元件耐壓試驗(yàn)，基于試驗(yàn)記過分析，擊穿電壓明顯處好過額定電壓?；谠邷丨h(huán)境下耐壓試驗(yàn)結(jié)果分析，元件耐受相對較短情況下，電壓能力相對良好。溫度與擊穿電壓成反比例關(guān)系，溫度未超過70℃情況下，擊穿電壓減少較少，溫度超過80℃情況時(shí)，擊穿電壓減少較多，證明對電容器運(yùn)行溫度進(jìn)行有效控制，對電容器安全穩(wěn)定運(yùn)行非常關(guān)鍵[4]。

（三）不同溫度環(huán)境絕緣膜電壓擊穿試驗(yàn)

針對存在故障問題的電容器D采取絕緣膜電壓擊穿試驗(yàn)，絕緣膜通過重量法作出厚度測量，厚度分別為 。試驗(yàn)階段，將兩層薄膜置于兩電極之間，針對電極與試驗(yàn)所需的薄膜，將其放置到存在油樣的容器內(nèi)，并用烘箱加熱，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)溫度條件時(shí)，緩慢勻速的通入電壓，試驗(yàn)依次處于直流以及交流電壓環(huán)境下?；谠囼?yàn)結(jié)果分析，溫度較高情況下，擊穿電壓相對較低，溫度未超過70℃情況下，薄膜擊穿電壓減少速度明顯。溫度超過80℃情況時(shí)，直流以及交流擊穿電壓均出現(xiàn)明顯的減少趨勢。

結(jié)論：綜上所述，基于電容器解剖記過與試驗(yàn)結(jié)果可知，電容器故障率較大的因素主要為生產(chǎn)工藝與注油工藝無法確保穩(wěn)定導(dǎo)致運(yùn)行中電容器出現(xiàn)不穩(wěn)定情況;此外，電阻相對較為集中，致使產(chǎn)生大量熱量，電阻器表面位置存在的絕緣介質(zhì)過熱，致使電容器運(yùn)行階段出現(xiàn)絕緣劣化現(xiàn)象，極易出現(xiàn)擊穿故障。因此，電容器生產(chǎn)制造應(yīng)重視生產(chǎn)工藝與注油工藝問題，確保電容器穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁廈，石丹丹，楊韋國.直流濾波器保護(hù)配置及典型故障分析[J].山東電力技術(shù)，2017，38（02）：62-65.

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[3]田興旺，郝江濤.天生橋換流站直流濾波電容器故障原因分析及改進(jìn)建議[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2015，46（06）：62-65.

[4]左干清，葉建鑄，石延輝.特高壓換流站直流濾波電容器故障分析研究[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2016，34（06）123-125.