500 kV某變電站35 kV并聯(lián)電容器故障跳閘原因分析及控制措施

庹印和

500 kV某變電站35 kV并聯(lián)電容器故障跳閘原因分析及控制措施

庹印和

（中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司百色局，廣西 百色 533000）

500 kV某變電站35 kV電容器自投運以來，發(fā)生了多起因電容器故障造成的電容器組不平衡電流保護(hù)動作跳閘事故。通過對歷史故障情況及故障現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計分析，從操作過電壓、合閘涌流、諧波、電容器產(chǎn)品質(zhì)量等方面分析電容器故障損壞的可能性，通過對故障電容器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)電容器生產(chǎn)工藝不滿足技術(shù)要求，電容器的內(nèi)部芯子與匯流母線斷線是造成電容器故障的根本原因。最后對電容器的產(chǎn)品質(zhì)量及運維提出了意見和相應(yīng)的運維控制措施。

電容器；過電壓；合閘涌流；諧波

電容器是電力系統(tǒng)中大量使用的一種設(shè)備，它的合理應(yīng)用關(guān)系著整個電網(wǎng)的安全，同時在保證輸電質(zhì)量的情況下，它的無功補償性質(zhì)可有效降低能量損耗、改善電能質(zhì)量、增強輸電、配電能力等，其可用率對于電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)和降損節(jié)能有著重要作用。除相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，《預(yù)防電容器裝置事故的技術(shù)措施》《中國南方電網(wǎng)公司反事故措施》中均有防止裝置發(fā)生事故的措施要求。因此，為了保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行，有必要采取有效措施來減少電容器的故障問題，從而提高電容器的工作效率和延長使用壽命。

1 概述

某變電站35 kV #1號、#2號電容器于2005年正式投入運行，電容器型號為TBB35-60120/334-BLW；兩組電容器為戶外三相式，采用雙星型接線方式，帶不平衡電流保護(hù)；每組單臺電容器為180臺，單臺容量為334 kVar，總?cè)萘繛?0 120 kVar，保護(hù)配置有電流速斷、過電流、不平衡電流、過電壓及低電壓保護(hù)。本文通過對#2號電容器組的多起電容器故障原因進(jìn)行分析，得出電容器生產(chǎn)制造的工藝質(zhì)量是引起電容器故障的根本原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議和運維措施，從根本上降低了電容器故障的發(fā)生率，提高電容器組的可用率。

2 故障經(jīng)過及故障現(xiàn)象

2.1 故障前設(shè)備情況

根據(jù)“南方電網(wǎng)公司反事故措施”的要求，35 kV #2號并聯(lián)電容器組于2010年取消外熔絲結(jié)構(gòu)。電容器的投切由區(qū)域控制中心AVC自動投切裝置根據(jù)總調(diào)下發(fā)的電壓調(diào)整曲線進(jìn)行自動投切。

2.2 故障現(xiàn)象

取消外熔絲前后，#2號電容器組在投入運行過程中，電容器組不平衡電流保護(hù)動作跳開S312開關(guān)，現(xiàn)場檢查電容器組外熔絲熔斷；取消外熔絲后，在#2號電容器組投入過程中，電容器組不平衡電流保護(hù)動作，跳開S312開關(guān)，現(xiàn)場檢查電容器外觀正常，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)其中一橋臂上單體電容器電容明顯小于銘牌電容值。

故障情況統(tǒng)計如表1所示。

表1 電容器組故障情況統(tǒng)計表

序號設(shè)備名稱故障情況 1S312電容器組S312電容器組在合閘過程中不平衡電流保護(hù)元件動作跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)CⅡ-10電容器外熔絲熔斷，電容器開路 2S312電容器組S312電容器組電容器在合閘過程中不平衡電流保護(hù)跳閘，檢查測試發(fā)現(xiàn)BⅡ-07號電容器外熔絲熔斷，電容量為7.7 μF（額定電容量為29.89 μF） 3S312電容器組投入35 kV S312電容器組后S312開關(guān)跳閘，電容器不平衡電流保護(hù)動作。檢查測試發(fā)現(xiàn)A1臂其中一個電容損壞，電容量為7.76 μF（額定電容量為29.9 μF）

3 故障原因初步分析

3.1 操作過電壓

現(xiàn)場檢查電容器組避雷器的計數(shù)器顯示次數(shù)，A相12次、B相13次、C相13次，與以往記錄相同。

避雷器放電計數(shù)器無動作，表明每一次操作過電壓沒超過施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值，不存在操作過電壓的可能。

3.2 合閘涌流

并聯(lián)電容器裝置的合閘涌流限值，宜取電容器組額定電流的20倍；當(dāng)超過時，應(yīng)采用裝設(shè)串聯(lián)電抗器予以限制。

單組電容器投入，通常合閘涌流不大。實際上，只要裝設(shè)有抑制諧波的串聯(lián)電抗器，合閘涌流均不會超過電容器組額定電流的20倍。S312電容器組安裝有12%電抗率的串聯(lián)電抗器，可不考慮合閘涌流影響。

3.3 電網(wǎng)諧波

大量的研究表明，諧波電流通過并聯(lián)電容器時會使其過負(fù)荷，甚至燒毀并聯(lián)電容器，為了防止諧波對電容器影響，目前最有效的方式是在并聯(lián)電容器支路中串聯(lián)電抗器[4]，其簡化電路如圖1所示。

（a）串聯(lián)電抗器 （b）串聯(lián)電抗器n次系統(tǒng)圖

為了使抑制3次諧波串聯(lián)電抗率為12%，c的電抗為3L－（c/3）=3×0.12c－（c/3）=0.02，c>0。

這就說明在并聯(lián)電容器支路中串聯(lián)電抗率為12%的電抗器時，對3次諧波和3次以上的各次諧波，該支路均呈現(xiàn)感抗，因而有效地抑制了諧波對并聯(lián)電容器的影響（在《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》GB 50227—95中推薦：抑制3次諧波的串聯(lián)電抗器的電抗率為0.12c）。

4 故障電容器解體檢查情況

4.1 解體檢查情況

對故障電容器解體檢查，取出電容器芯子后，除發(fā)現(xiàn)第一串段的第二個元件引線片焊接處脫落，其他無異常，如圖2所示。同時，測量3個串段的電容值，第二、三串段的電容分別為90.3 μF和91 μF，第一個串段在第二個元件引線片聯(lián)接和斷開時分別測得電容值為84.3 μF和7.5 μF。

圖2 電容器內(nèi)部芯子及芯子引流排斷裂情況

根據(jù)測量結(jié)果計算故障電容器的電容值：

基本與故障情況相符。

據(jù)此可判斷電容器組在投切過程中，電容器芯子匯流排斷裂導(dǎo)致電容器故障，最終導(dǎo)致不平衡保護(hù)動作。

4.2 故障原因分析

電容器單元引出線與元件匯流排在焊接時導(dǎo)流接觸面之間沒放焊錫，未能有效地將單元引出線與匯流排熔焊在一起。同時，電容器單元引出線壓接相鄰元件引線片上，引出線與匯流排之間存在間隙，導(dǎo)流截面明顯變小，如圖3所示。在電動力累積作用下，引出線焊接點逐漸受損，最終造成引出線與匯流排斷裂。

圖3 引出線與匯流排連接情況

5 控制措施和建議

5.1 開展技術(shù)培訓(xùn)，提高生產(chǎn)人員技能

由于電容器在生產(chǎn)過程中，電容單元的連接需通過一線工人的人工焊接，電烙鐵的溫度控制、連接匯流接觸面的平整度及焊錫在接觸面的覆蓋面積都是影響焊接質(zhì)量的因素。電烙鐵溫度過低，焊錫溶解不完全，造成接觸不牢固；接觸面不平整，焊接時易存在虛焊和空隙；接觸面間未放焊錫進(jìn)行焊接，連接處面積減小。為此，電容器制造單位因改善生產(chǎn)工藝，對生產(chǎn)人員進(jìn)行有關(guān)焊接工藝要求的培訓(xùn)，保障設(shè)備工藝滿足要求。

5.2 加強技術(shù)監(jiān)督，做好預(yù)試定檢的數(shù)據(jù)分析

針對目前運行中的同批次生產(chǎn)的電容器，可能存在同樣的生產(chǎn)缺陷，為減少同類故障的發(fā)生，加強對電容器電容量的檢測工作，并做好試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的分析和對比。如果發(fā)現(xiàn)電容器電容量與銘牌及歷史數(shù)據(jù)偏差較大時，應(yīng)及時更換電容器。

6 結(jié)論

通過對故障電容器故障原因分析及故障電容器解體檢查可以發(fā)現(xiàn)，電容器生產(chǎn)工藝不滿足技術(shù)要求，內(nèi)部電容芯子與匯流板間焊接不良而脫落，造成單體電容器故障，流過不平衡CT的電流增大造成保護(hù)動作是此類電容器故障發(fā)生的主要原因。

為此，做好產(chǎn)品生產(chǎn)工藝質(zhì)量控制、現(xiàn)場運維及產(chǎn)品技術(shù)監(jiān)督工作是延長電容器使用壽命的有效措施。

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TM614

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.022

2095－6835（2019）24－0056－02

庹印和（1987—），男，廣西百色人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，從事變電檢修及高壓試驗工作。

〔編輯：張思楠〕