變電站并聯(lián)電容器組故障分析及技術改進

劉 洋 劉正松

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司檢修公司，寧夏回族自治區(qū)銀川 750000）

隨著國家的發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，人們對于電力系統(tǒng)的要求也越來越高。而組成電力系統(tǒng)的各個部分的正常運行，則是確保電力系統(tǒng)是否可以安全平穩(wěn)運行的關鍵。在組成電力系統(tǒng)的各項設備中，并聯(lián)電容器組是一種使用廣泛且十分重要的電力設備。電容器作為電力系統(tǒng)的無功補償設備，其可以有效地減少電力系統(tǒng)的無功輸出，提高供電網(wǎng)絡的電力輸送能力，因此，其在電力系統(tǒng)的安全運行中發(fā)揮著重要的作用[1]。但是在實際的使用過程中并聯(lián)電容器也會經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴重的故障甚至會威脅整個電網(wǎng)的運行。做好變電站并聯(lián)電容器組的故障分析，同時針對這些故障進行技術改進，是保證電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行的關鍵所在。

1 變電站并聯(lián)電容器組的故障類型

對于高壓并聯(lián)電容器組的故障一般可以分為電容器組本體的故障以及其配套設備的故障。具體來說可以分為電容量超標、熔斷器熔斷、本體或熔斷器發(fā)熱以及串聯(lián)電抗器故障等。以下對不同故障進行詳細的分析。

1.1 并聯(lián)電容器組的電容量超標

造成并聯(lián)電容器組的電容量超標的主要原因一般是由于電容器組本身的質(zhì)量問題。一些變電站使用的電容器質(zhì)量不合格，電容器芯子卷繞圈數(shù)分布符合規(guī)定，聚合溫度達不到要求。經(jīng)過長時間的運行后，部分電容器組的絕緣性能降低，這也會導致電容器組出現(xiàn)故障。另外電容器內(nèi)部發(fā)生熔斷，導致的電容量的不平衡也會導致并聯(lián)電容器組的電容量超標。

1.2 熔斷器過熱

熔斷器作為并聯(lián)電容器組的保護裝置，當電容器單元出現(xiàn)故障時，熔斷器可以將其進行切斷，確保其他部分不受影響。但是在運行過程中，熔斷器發(fā)熱也會造成電容器組的故障。如果過熱的現(xiàn)象不進行及時的處理，會出現(xiàn)熔絲過熱熔斷，造成大面積的故障停運。引起熔斷器過熱的原因一般是由于導體與電阻或?qū)w與導體之間的接觸電阻過大所導致的。易發(fā)生過熱的部位包括：熔斷器的銅鋁接頭和電容器鋁排的連接處、熔絲上端與熔斷器銅鋁接頭處以及熔絲之間過渡的連接處。這些部位由于接觸面積小或接觸不良等問題，極易導致熔斷器的過熱故障[2]。

1.3 電容器本體過熱

與熔斷器過熱有所不同，并聯(lián)電容器組本體發(fā)生過熱的原因一般是由于設備過載運行所造成。當電容器兩端所承載的電壓超過其設計電壓時，電容器處于過載運行狀態(tài)，這就會導致電容器出現(xiàn)過熱，嚴重的過熱故障甚至會導致電容器的爆炸。另外電容器內(nèi)部的螺栓松動和氧化腐蝕，也會導致電容器本體發(fā)生過熱的現(xiàn)象。

1.4 串聯(lián)電抗器的故障

在并聯(lián)電容器組中，串聯(lián)電抗器的作用為：限制合閘涌流和抑制高次諧波電流。一旦串聯(lián)電抗器發(fā)生故障會直接影響并聯(lián)電容器組的運行。具體來說串聯(lián)電抗器故障的有以下幾種：首先就是由于電抗器鐵芯的溫度過高，這種現(xiàn)象一般是由于系統(tǒng)中的諧波電流通過串聯(lián)電抗器所導致的鐵芯損耗而引起的發(fā)熱。還有一部分原因是由于鐵芯總的制造過程中采用了質(zhì)量較差的硅鋼片，從而使鐵損增加，最終導致溫度升高；其次電抗器線圈過熱也會造成串聯(lián)電抗器故障，這種情況的發(fā)生大多是由于線圈材料的選取不當所造成的，當通過線圈的電壓過高或系統(tǒng)無功過補時會出現(xiàn)線圈升溫的現(xiàn)象。若材料不合格，當溫度升高時會加快絕緣材料老化，降低電抗器的絕緣抗壓能力，長期積累就會導致串聯(lián)電抗器的損壞。另外當電容器處于投入和切出的瞬間時，通過線圈的電流會對線圈造成極大地沖擊，導致絕緣材料的燒毀，最終使得電抗器線圈的匝間短路，這也是造成串聯(lián)電抗器故障的重要原因。同樣會造成匝間短路的原因還包括合閘過程中產(chǎn)生的合閘涌流、系統(tǒng)中高次諧波形成的串聯(lián)諧振、分合電容器時瞬間產(chǎn)生的過電壓等等；最后缺乏對于電抗器的保護也是導致串聯(lián)電抗器故障的重要原因。由于在并聯(lián)電容器組的配套保護措施中，大多數(shù)是為了保護電容器本身，這些保護對于電抗器來說無法起到保護的效果。

2 避免變電站并聯(lián)電容器組故障的方法

2.1 完善并聯(lián)電容器的安裝與使用

為了避免變電站并聯(lián)電容器組出現(xiàn)故障，首先就要完善相關電力設備的采購制度。在選購電容器時要嚴把產(chǎn)品質(zhì)量關，選擇制造工藝相對先進的電容器產(chǎn)品，保證其符合相關的規(guī)定與要求，同時確保電容器設備的結構完整并配備可靠的保護裝置。在電力設備采購完成后，需要強化設備的檢查驗收與管理工作。在設備驗收過程中應該嚴格按照相關規(guī)定進行驗收，驗收人員應該仔細檢查其外觀是否完整，以及其配套設備是否存在缺失的現(xiàn)象。相關的試驗人員需要對設備的性能進行調(diào)試與檢驗，確保其各項性能符合規(guī)定的相關要求。

對于電抗器的選擇，要根據(jù)其特性進行特殊的規(guī)定。具體來說，在選擇時應根據(jù)電容器的具體形式以及系統(tǒng)內(nèi)諧波的類型進行綜合考慮。另外，還需注意絕緣材料的耐熱度，確保其在高溫環(huán)境下有一定的穩(wěn)定性，以避免由于絕緣介質(zhì)的老化導致故障。在安裝熔斷器時，必須按相關規(guī)范進行操作。在緊固時應保證每個連接點沒有生銹與腐蝕的現(xiàn)象，安裝結束后需要涂防腐材料。在緊固時盡量不要留有縫隙，降低接觸點位置的電阻。在對熔斷器進行選擇和安裝時，必須依據(jù)實際對于設備要求，對熔斷器的型號、額定電壓、額定電流和分斷能力進行考察，選擇符合要求且質(zhì)量可靠的熔斷器。在安裝串聯(lián)電抗器時，應當設置電壓保護，具體來說就是將專用的電壓互感器跨接于串聯(lián)電抗器的兩端。通過檢測串聯(lián)電抗器兩端的電壓變化情況，為串聯(lián)電抗器的保護提供依據(jù)。當電壓過高時，電壓保護裝置可以發(fā)出警告信號，并采取相應的緊急措施，及時將故障進行隔離。在并聯(lián)電容器組運行的過程中，需要采取先進的檢測手段，加強對于并聯(lián)電容器組的運行情況的檢查，當發(fā)現(xiàn)問題時及時進行通報并采取合理手段進行處理。

2.2 加強日常維護與檢查

負責并聯(lián)電容器組日常維護的相關人員需要定期對電容器組及其配套設備進行巡檢，巡檢內(nèi)容應包括對于電容器殼體和瓷套管是否存在漏油的現(xiàn)象，同時需要利用紅外線成像儀對設備進行全面測溫，掌握其實時的運行狀態(tài)。同時負責設備檢修的工作人員需要定期對并聯(lián)電容器組及其配套設備進行維護與檢修工作，具體來說包括緊固螺絲，處理生銹與腐蝕的部位、清掃電容器組外殼及其絕緣部件等等。同時應著重檢查熔斷器的工作狀況，對于出現(xiàn)嚴重的過熱或存在燒紅跡象的熔斷器，應及時進行更換。變電站技術與管理人員應該在并聯(lián)電容器組投入使用后，定期對其進行試驗檢測工作，對于電容量不合格或絕緣性能降低的設備應及時提出更換申請，確保并聯(lián)電容器組的安全平穩(wěn)運行。具體的更換標準可以參考相關的規(guī)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)本身的特性制定更嚴格的設備更換管理規(guī)定[3]。

2.3 加裝保護設備

對于并聯(lián)電容器組的保護措施包括加裝避雷器、增大串聯(lián)電抗器以及加裝晶閘管投切電容器。其中加裝避雷器，可以有效地遏制過電壓在避雷器的限制電壓范圍內(nèi)，避免并聯(lián)電容器組承受的電壓過高。但是由于電弧重燃等現(xiàn)象引起的電壓過高問題十分復雜，而避雷器接線與其對于并聯(lián)電容器組的保護方式相對單一，這就導致避雷器很難對施加在并聯(lián)電容器組上的過電壓進行全面且徹底的保護。而增大串聯(lián)電抗器是抑制并聯(lián)電容器組過電流的最直接方法，由于串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器兩端的電壓極性相反，在母線電壓值恒定的條件下，增大串聯(lián)電抗器的值，必將增大并聯(lián)電容器組兩端的電壓。因此串聯(lián)電抗器可以根據(jù)電力系統(tǒng)中實時的信號變化，做出相應的改變，最大程度地將串聯(lián)電抗器在電容器組保護過程中的矛盾問題解決。另外向電力系統(tǒng)中加設晶閘管投切電容器可以有效解決真空斷路器由于截流和電弧重燃引起的瞬時電流沖擊問題，晶閘管的開通和關斷可以通過檢測系統(tǒng)中相應的信號，準確地控制觸發(fā)信號來實現(xiàn)開斷，消除了斷路器受電弧影響。加設晶閘管投切電容器使得系統(tǒng)合閘和分閘以及電弧重燃現(xiàn)象變得可控，避免了由于過電壓和過電流的所引起的并聯(lián)電容器組故障，確保電力網(wǎng)絡的正常運行[4]。

3 結語

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，供電網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，每年電力系統(tǒng)中并聯(lián)電容器設備的故障和由此所導致的事故也越來越頻繁。為了避免類似事故的發(fā)生，相關研究者和電網(wǎng)管理人員對此進行了深入的研究，并在并聯(lián)電容器的故障類型、故障原因和故障的早期預測等方面取得了一系列成果。但是目前的研究仍存在一些問題，例如對于電容器在投入和切出過程對電容器影響的研究還停留在初級的定性分析階段，沒有對產(chǎn)生的過電流和過電壓等現(xiàn)象進行定量的分析與研究。因此相關研究人員還應進一步地投入到相關領域的研究中，為強化并聯(lián)電容器的使用可靠性提供理論依據(jù)，保證電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。