變電站并聯(lián)電容器組故障分析及技術(shù)改進(jìn)

劉洋 劉正松

摘 要 隨著國家的發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于電力系統(tǒng)的要求也越來越高。做好變電站并聯(lián)電容器組的故障分析，同時(shí)針對(duì)這些故障進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，是保證電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵所在。本文首先列舉了變電站并聯(lián)電容器組的故障類型，并針對(duì)不同的故障類型進(jìn)行了詳細(xì)的分析與論述。然后提出了避免變電站并聯(lián)電容器組故障的方法，為強(qiáng)化并聯(lián)電容器的使用可靠性提供具體的方案，并且保障了電力系統(tǒng)的安全以及平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞 并聯(lián)電容器 變電設(shè)備 電容器故障 故障分析

中圖分類號(hào)：TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2021）05-0017-02

隨著國家的發(fā)展與人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)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(gè)部分的正常運(yùn)行，則是確保電力系統(tǒng)是否可以安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。在組成電力系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)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(shè)備。電容器作為電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)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(luò)的電力輸送能力，因此，其在電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用[1]。但是在實(shí)際的使用過程中并聯(lián)電容器也會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的故障甚至?xí){整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行。做好變電站并聯(lián)電容器組的故障分析，同時(shí)針對(duì)這些故障進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，是保證電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

1 變電站并聯(lián)電容器組的故障類型

對(duì)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(shè)備的故障。具體來說可以分為電容量超標(biāo)、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(duì)不同故障進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1.1 并聯(lián)電容器組的電容量超標(biāo)

造成并聯(lián)電容器組的電容量超標(biāo)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(dá)不到要求。經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，部分電容器組的絕緣性能降低，這也會(huì)導(dǎo)致電容器組出現(xiàn)故障。另外電容器內(nèi)部發(fā)生熔斷，導(dǎo)致的電容量的不平衡也會(huì)導(dǎo)致并聯(lián)電容器組的電容量超標(biāo)。

1.2 熔斷器過熱

熔斷器作為并聯(lián)電容器組的保護(hù)裝置，當(dāng)電容器單元出現(xiàn)故障時(shí)，熔斷器可以將其進(jìn)行切斷，確保其他部分不受影響。但是在運(yùn)行過程中，熔斷器發(fā)熱也會(huì)造成電容器組的故障。如果過熱的現(xiàn)象不進(jìn)行及時(shí)的處理，會(huì)出現(xiàn)熔絲過熱熔斷，造成大面積的故障停運(yùn)。引起熔斷器過熱的原因一般是由于導(dǎo)體與電阻或?qū)w與導(dǎo)體之間的接觸電阻過大所導(dǎo)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(dǎo)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(shè)備過載運(yùn)行所造成。當(dāng)電容器兩端所承載的電壓超過其設(shè)計(jì)電壓時(shí)，電容器處于過載運(yùn)行狀態(tài)，這就會(huì)導(dǎo)致電容器出現(xiàn)過熱，嚴(yán)重的過熱故障甚至?xí)?dǎo)致電容器的爆炸。另外電容器內(nèi)部的螺栓松動(dòng)和氧化腐蝕，也會(huì)導(dǎo)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(huì)直接影響并聯(lián)電容器組的運(yùn)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(dǎo)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(dǎo)致溫度升高;其次電抗器線圈過熱也會(huì)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(dāng)所造成的，當(dāng)通過線圈的電壓過高或系統(tǒng)無功過補(bǔ)時(shí)會(huì)出現(xiàn)線圈升溫的現(xiàn)象。若材料不合格，當(dāng)溫度升高時(shí)會(huì)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(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電抗器的損壞。另外當(dāng)電容器處于投入和切出的瞬間時(shí)，通過線圈的電流會(huì)對(duì)線圈造成極大地沖擊，導(dǎo)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(huì)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(shí)瞬間產(chǎn)生的過電壓等等;最后缺乏對(duì)于電抗器的保護(hù)也是導(dǎo)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(hù)措施中，大多數(shù)是為了保護(hù)電容器本身，這些保護(hù)對(duì)于電抗器來說無法起到保護(hù)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(guān)電力設(shè)備的采購制度。在選購電容器時(shí)要嚴(yán)把產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)，選擇制造工藝相對(duì)先進(jìn)的電容器產(chǎn)品，保證其符合相關(guān)的規(guī)定與要求，同時(shí)確保電容器設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整并配備可靠的保護(hù)裝置。在電力設(shè)備采購?fù)瓿珊?，需要?qiáng)化設(shè)備的檢查驗(yàn)收與管理工作。在設(shè)備驗(yàn)收過程中應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收人員應(yīng)該仔細(xì)檢查其外觀是否完整，以及其配套設(shè)備是否存在缺失的現(xiàn)象。相關(guān)的試驗(yàn)人員需要對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行調(diào)試與檢驗(yàn)，確保其各項(xiàng)性能符合規(guī)定的相關(guān)要求。

對(duì)于電抗器的選擇，要根據(jù)其特性進(jìn)行特殊的規(guī)定。具體來說，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)電容器的具體形式以及系統(tǒng)內(nèi)諧波的類型進(jìn)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(dǎo)致故障。在安裝熔斷器時(shí)，必須按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作。在緊固時(shí)應(yīng)保證每個(gè)連接點(diǎn)沒有生銹與腐蝕的現(xiàn)象，安裝結(jié)束后需要涂防腐材料。在緊固時(shí)盡量不要留有縫隙，降低接觸點(diǎn)位置的電阻。在對(duì)熔斷器進(jìn)行選擇和安裝時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際對(duì)于設(shè)備要求，對(duì)熔斷器的型號(hào)、額定電壓、額定電流和分?jǐn)嗄芰M(jìn)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(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置電壓保護(hù)，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(hù)提供依據(jù)。當(dāng)電壓過高時(shí)，電壓保護(hù)裝置可以發(fā)出警告信號(hào)，并采取相應(yīng)的緊急措施，及時(shí)將故障進(jìn)行隔離。在并聯(lián)電容器組運(yùn)行的過程中，需要采取先進(jìn)的檢測手段，加強(qiáng)對(duì)于并聯(lián)電容器組的運(yùn)行情況的檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)進(jìn)行通報(bào)并采取合理手段進(jìn)行處理。

2.2 加強(qiáng)日常維護(hù)與檢查

負(fù)責(zé)并聯(lián)電容器組日常維護(hù)的相關(guān)人員需要定期對(duì)電容器組及其配套設(shè)備進(jìn)行巡檢，巡檢內(nèi)容應(yīng)包括對(duì)于電容器殼體和瓷套管是否存在漏油的現(xiàn)象，同時(shí)需要利用紅外線成像儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面測溫，掌握其實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)負(fù)責(zé)設(shè)備檢修的工作人員需要定期對(duì)并聯(lián)電容器組及其配套設(shè)備進(jìn)行維護(hù)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(shí)應(yīng)著重檢查熔斷器的工作狀況，對(duì)于出現(xiàn)嚴(yán)重的過熱或存在燒紅跡象的熔斷器，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行更換。變電站技術(shù)與管理人員應(yīng)該在并聯(lián)電容器組投入使用后，定期對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)檢測工作，對(duì)于電容量不合格或絕緣性能降低的設(shè)備應(yīng)及時(shí)提出更換申請，確保并聯(lián)電容器組的安全平穩(wěn)運(yùn)行。具體的更換標(biāo)準(zhǔn)可以參考相關(guān)的規(guī)定，也可以根據(jù)系統(tǒng)本身的特性制定更嚴(yán)格的設(shè)備更換管理規(guī)定[3]。

2.3 加裝保護(hù)設(shè)備

對(duì)于并聯(lián)電容器組的保護(hù)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(fù)雜，而避雷器接線與其對(duì)于并聯(lián)電容器組的保護(hù)方式相對(duì)單一，這就導(dǎo)致避雷器很難對(duì)施加在并聯(lián)電容器組上的過電壓進(jìn)行全面且徹底的保護(hù)。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(shí)時(shí)的信號(hào)變化，做出相應(yīng)的改變，最大程度地將串聯(lián)電抗器在電容器組保護(hù)過程中的矛盾問題解決。另外向電力系統(tǒng)中加設(shè)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(shí)電流沖擊問題，晶閘管的開通和關(guān)斷可以通過檢測系統(tǒng)中相應(yīng)的信號(hào)，準(zhǔn)確地控制觸發(fā)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)開斷，消除了斷路器受電弧影響。加設(shè)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(luò)的正常運(yùn)行[4]。

3 結(jié)語

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，每年電力系統(tǒng)中并聯(lián)電容器設(shè)備的故障和由此所導(dǎo)致的事故也越來越頻繁。為了避免類似事故的發(fā)生，相關(guān)研究者和電網(wǎng)管理人員對(duì)此進(jìn)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(yù)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(duì)于電容器在投入和切出過程對(duì)電容器影響的研究還停留在初級(jí)的定性分析階段，沒有對(duì)產(chǎn)生的過電流和過電壓等現(xiàn)象進(jìn)行定量的分析與研究。因此相關(guān)研究人員還應(yīng)進(jìn)一步地投入到相關(guān)領(lǐng)域的研究中，為強(qiáng)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(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏鑫.高壓電力電容器故障原因分析與保護(hù)研究[D].大連：大連理工大學(xué)碩士畢業(yè)論文，2015.

[2] 汪飛，王偉偉.變電站并聯(lián)電容器組故障分析及技術(shù)改進(jìn)措施[J].電工技術(shù)，2019（23）：98-100.

[3] 黃慕云，易興濤.變電站并聯(lián)電容器故障異常分析[J].機(jī)電信息，2016（36）：31-33.

[4] 黃曉波，馬杰聰，鐘繼萌，馬志學(xué).變電站電容器故障檢測與分析[J].機(jī)電信息，2019（23）：47，49.