電容器發(fā)熱缺陷及其原因分析與處理

【摘要】作為提供電壓支撐的并聯(lián)電容器廣泛用于各級(jí)變電站，對(duì)保證用戶電能質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。近年來湖南地區(qū)負(fù)荷日益增長(zhǎng)，迎峰度夏期間面臨很大的供電壓力，同時(shí)電容器發(fā)熱問題在迎峰度夏期間呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，影響了供電可靠性。本文介紹電容器的發(fā)熱類型及其原因，提供可行的處理方案。

【關(guān)鍵詞】電容器;發(fā)熱;哈弗線夾

1、引言

并聯(lián)電容器一般并聯(lián)在各電壓等級(jí)變電站的低壓側(cè)母線上，對(duì)母線電壓進(jìn)行支撐，平衡系統(tǒng)無功平衡、減少損耗。在迎峰度夏期間，電容器發(fā)熱缺陷消缺工作占用了一線班組大量時(shí)間，且當(dāng)前的處理方式無法徹底解決，導(dǎo)致電容器發(fā)熱缺陷反復(fù)發(fā)生，對(duì)供電可靠性造成了負(fù)面影響。

2、電容器發(fā)熱介紹

2.1電容器組結(jié)構(gòu)

電容器組分為集合式電容器組與單體式電容器組。前者為多個(gè)單體電容器串并聯(lián)連接后置于油絕緣的密閉箱體內(nèi)，通過套管引出三相及中性線;單體式電容器組由多個(gè)外露于空氣的單體電容器串并聯(lián)連接構(gòu)成。本文主要針對(duì)單體式電容器組發(fā)熱缺陷進(jìn)行討論。

單體式電容器組在實(shí)際安裝時(shí)一般有兩種結(jié)構(gòu)：一是無匯流母排結(jié)構(gòu)，即用整條軟銅線順次連接各單體電容樁頭，在電容器組首端、中性點(diǎn)及尾端連接到母排;二是設(shè)置專用匯流母排，單體電容器通過短銅線直接連接至匯流母排。前者是軟銅線承擔(dān)全部的電流，首尾電流大;后者單體電容短銅線僅通過自身的電流，而總電流由母排匯流承擔(dān)。如圖1所示為采用方式一連接結(jié)構(gòu)10kV并聯(lián)電容器組示意圖，三相1號(hào)電容器進(jìn)線側(cè)、6號(hào)電容器中性線側(cè)樁頭處銅線均流過整相電流。

電容器樁頭與導(dǎo)線可采用兩種方式實(shí)現(xiàn)電氣連接：一是通過壓接接線鼻子方式進(jìn)行連接，二是采用哈弗線夾進(jìn)行連接。

2.2哈弗線夾連接方式

圖2所示為哈弗線夾壓片實(shí)物圖，通過兩片壓片連接導(dǎo)線與電容器樁頭，實(shí)現(xiàn)電容器的串并聯(lián)。

圖3為電容器套管樁頭與串并聯(lián)銅線通過哈弗線夾進(jìn)行連接示意圖。通過鎖緊螺母壓緊作用，哈弗線夾中部直接受力，端部壓緊夾持圓弧內(nèi)導(dǎo)線。因哈弗線夾中部通孔大于螺桿外徑，壓住軟銅線后兩片壓片中部不接觸，電流路徑為：

軟銅線→線夾夾持圓弧→導(dǎo)電底座以及軟銅線→線夾夾持圓弧→鎖緊螺母→螺桿

因此存在4處接觸面，即：

接觸面1：導(dǎo)電底座與線夾下壓片接觸面

接觸面2：鎖緊螺母與線夾上壓片接觸面

接觸面3：螺桿與鎖緊螺母間螺紋接觸面

接觸面4：軟銅線與夾片夾持圓弧接觸面

2.3電容器組常見發(fā)熱缺陷

總結(jié)多年的實(shí)際工作，電容器組發(fā)熱主要有以下三類：

（1）外熔斷器缺陷發(fā)熱。

（2）銅鋁直接接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕造成的發(fā)熱。

（3）緊固螺栓松動(dòng)造成的發(fā)熱。

（4）電容器樁頭發(fā)熱

3、電容器發(fā)熱原因分析及處理

3.1熔斷器發(fā)熱

熔斷器本體發(fā)熱原因有熔管與管帽間連接不緊密，造成電流通路接觸電阻增大，該缺陷緊固接觸面即可;或?yàn)槿萘窟x擇偏小造成通流過載發(fā)熱。

3.2銅鋁直接接觸造成發(fā)熱

戶外布置的電容器組，在潮濕環(huán)境中，銅鋁直接對(duì)接形成原電池，鋁端丟失電子而發(fā)生腐蝕，造成的松動(dòng)、接觸面劣化等導(dǎo)致接觸電阻增大，造成發(fā)熱缺陷。

采用加裝銅鋁過渡片可以解決上述缺陷，但需保證過渡片的平整、整潔。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)制作的銅鋁復(fù)合片，加工時(shí)易造成接觸面平整性的破壞，建議采用自帶焊有銅鋁復(fù)合片的線夾。同時(shí)接觸面鍍銀、將鋁材質(zhì)更換為銅質(zhì)并嚴(yán)格進(jìn)行入網(wǎng)驗(yàn)收，可避免此類缺陷發(fā)生。

3.3緊固螺栓缺陷造成發(fā)熱

在實(shí)際應(yīng)用中，導(dǎo)電部分材質(zhì)為銅質(zhì)，緊固件為鍍鋅螺栓。電容器組因運(yùn)行需要需經(jīng)常投切，尤其在迎峰度夏期間負(fù)荷變化劇烈，電流從幾百安培至零劇烈變化。在通過大電流時(shí)導(dǎo)體熱膨脹，退出運(yùn)行后冷卻，因熱膨脹系數(shù)不同，造成緊固件與導(dǎo)體間產(chǎn)生縫隙，造成松動(dòng)導(dǎo)致接觸不良出現(xiàn)發(fā)熱。統(tǒng)一緊固件及導(dǎo)體材質(zhì)、采用記憶合金墊片可降低此類缺陷出現(xiàn)。

3.4電容器樁頭發(fā)熱

通過對(duì)大量電容器樁頭發(fā)熱的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，此類缺陷存在如下規(guī)律：

（1）一般發(fā)生于采用整條軟導(dǎo)線匯流方式電容器組的首、末單體電容器樁頭，如圖1中的1、2電容器進(jìn)線側(cè)樁頭及6、7號(hào)電容器中性線側(cè)樁頭。

（2）采用多股細(xì)軟銅線連接的樁頭發(fā)熱多于采用多股粗硬銅線連接的樁頭。

（3）樁頭發(fā)熱的電容器，多數(shù)采用哈弗線夾。

采用整條軟銅線進(jìn)行連接及匯流的方式下，整組電流在首末端的匯集，對(duì)樁頭的發(fā)熱存在助推作用。若導(dǎo)線線徑及通流能力選擇不合理，導(dǎo)線發(fā)熱將加劇樁頭發(fā)熱。

多股細(xì)軟銅絲繞制的連接線，因單根銅絲線徑小，在運(yùn)行中極易氧化而造成有效截面減少。銅絲間繞制并不緊密，存在空隙，在雨水作用下內(nèi)部易積污，特別是在柱頭部位的積污易造成接觸不良，誘發(fā)柱頭發(fā)熱;同時(shí)細(xì)銅絲質(zhì)地柔軟，安裝時(shí)受力易發(fā)生非彈性形變，有效接觸面的接觸壓力大打折扣。

哈弗線夾為對(duì)稱壓片壓緊方式，中部的缺口導(dǎo)致其內(nèi)導(dǎo)線不具備密封運(yùn)行條件。且無有效的防雨、防塵措施，在戶外惡劣運(yùn)行環(huán)境下，灰塵伴隨著雨水可滲入易積水、積污的夾片圓弧凹槽處。

哈弗線夾內(nèi)徑無螺紋，與電容器樁頭螺桿間為非緊密配合，線夾與導(dǎo)電桿不直接接觸，雨水可順螺桿螺紋進(jìn)入線夾與柱頭導(dǎo)電底座接觸面間，由前述哈弗線夾通流路徑分析，該結(jié)構(gòu)易造成柱頭的發(fā)熱，如圖4所示為導(dǎo)電底座積污嚴(yán)重及線夾燒損實(shí)例。

哈弗線夾為中部受到螺母向下壓緊力作用，壓接導(dǎo)線部位較中間部位薄，上下壓片間存在縫隙，靠單螺母壓緊，受力中間大、四周小，導(dǎo)線與線夾間壓接接觸效果減弱，壓緊力過大時(shí)在易發(fā)生折斷導(dǎo)致發(fā)熱。

針對(duì)柱頭發(fā)熱，有如下方式進(jìn)行針對(duì)性考慮：

（1）采用專用匯流母排進(jìn)行匯流，可從設(shè)計(jì)選型及驗(yàn)收過程進(jìn)行把控，對(duì)已投運(yùn)電容器，可進(jìn)行相應(yīng)改造。

（2）在不改變匯流方式下，可改用具有絕緣護(hù)套的多股鍍錫硬質(zhì)粗銅線繞制的銅纜。絕緣護(hù)套可有效防止灰塵的進(jìn)入并有效減小氧化而造成的有效截面損失。加大單根銅絲的線徑，增加導(dǎo)線整體的硬度，增加壓接時(shí)的接觸壓力。適當(dāng)增加導(dǎo)線總截面，對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行擴(kuò)容，如圖5所示。

（3）因哈弗線夾固有設(shè)計(jì)缺陷造成的柱頭發(fā)熱，現(xiàn)有處理方式無法保證長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)不發(fā)熱。，有兩種思路解決此缺陷：

思路一：采用新型線夾，改變接觸面密封狀況，防止污物侵入，增大接觸面。

文獻(xiàn)[1]提供了一種改造方式，該方式完全擯棄了哈弗線夾，采用H型專用線夾結(jié)構(gòu)。軟銅導(dǎo)線通過壓接方式與H型線夾緊密相連，線夾中部通孔固定在樁頭上，通過螺栓固定。該方式解決了哈弗線夾密封不良、受力不均、接觸面積偏小等問題，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但安裝時(shí)需逐個(gè)穿過銅線并在特定的位置實(shí)施壓接，安裝效率低;若電容器故障更換為不同尺寸產(chǎn)品，不便改造。

文獻(xiàn)[2]提出將SBK-1-M16型變壓器專用線夾用于連接電容器樁頭的方案。采用短銅線與銅線鼻壓接后接在SBK-1-M16型線夾上，但導(dǎo)線分段壓接，同樣存在施工效率低問題。

思路二：不改變哈弗線夾結(jié)構(gòu)，采用外加防雨罩方式，改善線夾的惡劣運(yùn)行環(huán)境，創(chuàng)造一個(gè)適宜其運(yùn)行的微環(huán)境，防止外部水分及塵埃影響。在保證良好接觸的前提下，加裝防雨罩，對(duì)戶外運(yùn)行的電容器發(fā)熱缺陷可收到很好的效果。

思路三：調(diào)整哈弗線夾結(jié)構(gòu)及導(dǎo)線。取消壓接部位的缺口，防止雨水進(jìn)入導(dǎo)線與線夾接觸部位;采用增大、增厚線夾方式增加通流容量，如圖5所示。

3.5 新型線夾設(shè)計(jì)

在采用不同方式對(duì)老舊電容器組進(jìn)行改造過程中，發(fā)現(xiàn)以下問題：

（1）受限于電容器樁頭高度，增大多股銅線截面時(shí)柱頭最頂部?jī)H僅夠安裝一個(gè)螺母，無法安裝防松螺母。

（2）采用壓接接線鼻子方式連接單體電容器時(shí)，每個(gè)柱頭上均要安裝四個(gè)接線鼻子，無法保證接線鼻子間具有足夠的接觸面積。同時(shí)該方式連接單體電容器時(shí)，工作量大，效率低。

針對(duì)以上實(shí)際情況并考慮哈弗線夾的固有缺陷，設(shè)計(jì)出新型線夾示意圖如圖6所示。

線夾采用內(nèi)螺紋方式與電容器柱頭進(jìn)行連接，并用側(cè)向螺栓進(jìn)行鎖緊，頂部可根據(jù)實(shí)際需要決定是否增加垂直方向的螺母，減少了接觸面、增加了有效接觸面積。線夾與導(dǎo)線的連接，采用兩個(gè)U型抱夾進(jìn)行壓緊，導(dǎo)線位于內(nèi)部圓形槽內(nèi)，可隔離雨水。安裝時(shí)依舊采用整條銅纜方式進(jìn)行安裝，更換不同尺寸單體電容時(shí)，借助兩個(gè)U型環(huán)，可快速進(jìn)行導(dǎo)線的連接，將新單體電容器接入電容器組。

結(jié)語(yǔ)：

本文進(jìn)行了梳理電容器組常見的發(fā)熱缺陷，并對(duì)提出了解決措施。特別地，針對(duì)電容器樁頭發(fā)熱，從電容器組匯流連接方式、哈弗線夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入細(xì)致的分析。針對(duì)在實(shí)際工作中遇到的困難，設(shè)計(jì)了一種新型的線夾，可快速用于老舊、發(fā)熱故障頻發(fā)的電容器組的改造。

參考文獻(xiàn)：

[1]張小平，劉小波，蘇文宇.電容器組連接件發(fā)熱故障分析及解決措施[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2016， 37（5）.

[2]黃斌，蘇文宇，劉小波.電容器連接組件過熱原因分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2012（3）：40-43.

作者簡(jiǎn)介：

譚明甜（1990.01-），男，漢族，湖南邵陽(yáng)人，碩士，助理工程師，主要從事電力設(shè)備檢修工作。