耦合電容器故障的處理分析

奚 璐

（中國(guó)石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

1 故障情況

2022 年10 月18 日，維修工人在220 kV 變電站進(jìn)行紅外線巡視時(shí)，發(fā)現(xiàn)連接電容C 相上節(jié)LI01 的總體發(fā)熱，其溫度比LI02 高得多，耦合電容器紅外圖譜如圖1 所示。為精確地進(jìn)行故障定位，維修人員采用差別明顯的方法，將耦合電容上的下段的紅外信號(hào)進(jìn)行處理，得到了相應(yīng)的溫度曲線。耦合電容器溫度曲線如圖2 所示，三相的上、下段的溫度相差為4 ℃，最大的溫度相差4.6 ℃。

圖1 耦合電容器紅外圖譜

圖2 耦合電容器溫度曲線

2 故障分析

2.1 耦合電容器介紹

電容器被廣泛應(yīng)用在工頻、高壓和UHVAC 傳輸中，實(shí)現(xiàn)載波、通信和測(cè)量；用于控制、保護(hù)和抽取電力。在此基礎(chǔ)上，給出了與高電壓傳輸線和接收機(jī)之間的耦合電容的基本理論。電容電容的容抗XC的表達(dá)式是：

其中：f 表示電流的頻率，C 表示電容的能力，ω 表示相的角度。

電容的容抗值與電容的電壓、電壓的關(guān)系密切。耦合電容的電氣能力一般較低，而高頻載波信號(hào)所采用的頻率區(qū)間在30 kHz至500 kHz，故耦合電容器在50 Hz 工作頻率時(shí)表現(xiàn)出的阻抗是600 至1000 倍的高頻信號(hào)表現(xiàn)出的阻抗，實(shí)質(zhì)上等同于斷路，至于高頻信號(hào)，則等同于短路。這樣，只有在高頻下才能使耦合電容平穩(wěn)地流過。耦合電容器連接原理如圖3 所示。

圖3 耦合電容器連接原理

2.2 帶電檢測(cè)

如圖2 所示，溫度在小范圍內(nèi)僅為2.1 ℃，不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的狀況。所以維修工人并沒有提出斷電的要求，要對(duì)這臺(tái)機(jī)器進(jìn)行徹底的檢查，以免因?yàn)闊o意識(shí)的斷電，而影響到電力系統(tǒng)的安全和可靠性。維修人員對(duì)濾波器、高頻電纜、收發(fā)信號(hào)和高頻信道進(jìn)行了徹底的檢測(cè)，沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，然后對(duì)經(jīng)過耦合電容器的電流進(jìn)行了檢測(cè)，并根據(jù)電容器的電容大小來判定其是否有故障。

電流和電容的公式是：

其中U 為系統(tǒng)相電壓。

從式（3）可以看出，如果對(duì)通過耦合電容的電流進(jìn)行測(cè)定，則可以得到實(shí)際的電容值。然后，通過測(cè)量電容和標(biāo)稱量Ce之間的相對(duì)偏差，如果測(cè)量的偏差在一定的限度之內(nèi)，則可以避免因電容不正常造成的超溫現(xiàn)象；如有偏差超過了限值，則要盡早進(jìn)行斷電測(cè)試，避免因安全隱患的進(jìn)一步擴(kuò)大而引發(fā)電力系統(tǒng)故障。

在帶電測(cè)試期間，工作人員應(yīng)請(qǐng)求臨時(shí)停用高頻率保護(hù)設(shè)備，關(guān)閉過濾器的接地。驗(yàn)收合格后，維修人員用鉗形安培儀對(duì)連接電容接地導(dǎo)線的工作電流I=216 mA 進(jìn)行測(cè)試，從變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的顯示屏上可以看到，此時(shí)的電網(wǎng)線路的電壓是228 kV，所以它的相位電壓大約是132 kV；根據(jù)這一點(diǎn)，可以計(jì)算出：

此耦合電容器是由兩個(gè)上、下兩個(gè)電池組組成，其容量值分別是0.009 78 F 和0.009 84 F。

電容相對(duì)偏差Δ 為：

根據(jù)DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，在超出-5%～10%的情況下，進(jìn)行斷電測(cè)試。實(shí)測(cè)的相對(duì)偏差為6.73%，并沒有超出警戒值的范疇，但是與初值相比，耦合電容器的電容性有了很大的提高，目前的測(cè)試結(jié)果趨于正常；提出應(yīng)加大追蹤監(jiān)控力度，如有可能對(duì)斷電進(jìn)行更深入的檢查與診斷。

2.3 停電試驗(yàn)

員工向計(jì)劃報(bào)告帶電測(cè)試的狀況。在2020 年10 月21 日斷電維修期間，測(cè)試員進(jìn)行了絕緣電阻值、介質(zhì)損耗正切tanδ 和電容值的常規(guī)測(cè)試。所有的絕緣電阻都符合標(biāo)準(zhǔn)，其中，介質(zhì)損失的正切和容量測(cè)試資料以及往年的測(cè)試資料（22 ℃以下的溫度都被轉(zhuǎn)換成22 ℃）顯示在表1 中。如表1 所示：從2007 年7 月開始生產(chǎn)到2011年7 月，介質(zhì)損失的正切和容量均有輕微的變動(dòng)，但是均在允許的區(qū)間之內(nèi)；上節(jié)耦合電容器的容量與上一次相比增加了5.99%，而正切值從2022 年7 月20 號(hào)的0.19%增加至2022 年10 月21 日的0.63%，增加了232%，超出了規(guī)定的范圍，還有待進(jìn)一步的分析和處理。

表1 介質(zhì)損耗及電容量測(cè)試數(shù)據(jù)

2.4 解體檢查及處理

維修工人對(duì)上部耦合器電容器進(jìn)行了拆分，結(jié)果表明，4、5的接頭接頭處存在嚴(yán)重的漏電現(xiàn)象，上部聯(lián)軸式電容器的陶瓷襯里和法蘭的橡膠接頭處的防水密封件開裂。

其主要原因是，由于沿海地區(qū)的鹽霧環(huán)境以及長(zhǎng)時(shí)間的操作缺少有效的維修，致使連接電容的陶瓷襯片和法蘭的膠接部分的防水密封件發(fā)生了腐蝕和老化，使電容的內(nèi)部水分被吸濕；結(jié)果造成了介質(zhì)損失的急劇增加，使電容因潮濕而產(chǎn)生的漏電流增加，造成了放電。其他故障還包括：①在出廠時(shí)，由于電容器的襯墊和凸緣未清潔，采用不潔的方式直接涂布防水密封劑，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)裂縫，入水而受潮；②由于連接電容在生產(chǎn)過程中沒有對(duì)焊縫進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，加上長(zhǎng)期使用和使用，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生了放電；③由于材料、設(shè)計(jì)、工藝等共性問題，在出廠時(shí)存在著設(shè)備瑕疵，也就是制造工藝上的瑕疵。

3 處理方案

消除放電的痕跡，清洗所有零件，在脫焊部位再次進(jìn)行磷熔焊。在內(nèi)層烘干后，重新安裝，重新在陶瓷襯墊和法蘭上涂抹防水密封。

對(duì)大檢修后的電容進(jìn)行絕緣電阻、介質(zhì)損耗正切值、泄漏電流和交流電壓測(cè)試，測(cè)試結(jié)果全部符合要求，并投入使用。投產(chǎn)后對(duì)聯(lián)接電容進(jìn)行了半年的追蹤監(jiān)控，無異常情況，裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 檢修流程建議

（1）紅外線探測(cè)技術(shù)是電力系統(tǒng)運(yùn)維的一種重要方法。在發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)，要與其他帶電測(cè)試資料進(jìn)行全面的分析，如有需要，可以提出斷電處置請(qǐng)求，并運(yùn)用故障測(cè)試和診斷測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

（2）在耦合電容充電實(shí)驗(yàn)中，提出在傳統(tǒng)的紅外線探測(cè)之外，還應(yīng)進(jìn)行終端電容電流的測(cè)量，并在需要時(shí)進(jìn)行電容器件的部分放電實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行全面的分析和判定。

（3）對(duì)于在嚴(yán)寒地區(qū)，重污染E 級(jí)或D 級(jí)海岸地區(qū)運(yùn)行超過10 年的耦合電容，在使用過程中，必須定期進(jìn)行定期測(cè)試，檢查其膠接部分的防水層是否完整，如有需要，需重新涂抹防水膠。

（4）提出有能力的各單位應(yīng)定期進(jìn)行各類帶電測(cè)試，對(duì)裝置狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，盡早地找到安全隱患，防止因安全問題的進(jìn)一步發(fā)展而引發(fā)的安全事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過紅外探測(cè)、帶電檢測(cè)、停電測(cè)試和拆解檢驗(yàn)，對(duì)聯(lián)接電容進(jìn)行了故障分析和診斷，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析和診斷。有能力的企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各類帶電設(shè)備的檢查，盡早地進(jìn)行安全檢查，防止電氣安全事故。