变电站并联电容器故障异常分析

Ｄｉａｎｑｉ　Ｇ。ｎｇｃｈｅｎｇ　ｙｕ　ｚｊｄｏｎｇｈｕａ　垦　变电站并联电容器故障异常分析　黄慕云易兴涛　（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海５１９０００）　摘要：介绍了并联电容器在变电站中的使用情况，利用具体数据列举出电容器的常见缺陷并进行分析，提出了几种常见故障的应　对处理方法，以提高变电站电容器运维和故障处理的水平，从而保证电网高效、稳定运行。　关键词：并联电容器；应用情况；故障原因：缺陷；措施　０　引言　电力电容器作为系统的无功补偿装置，能有效减少系统　的无功输出，提高电网的输送能力，在电力系统的安全运行中　发挥着重要作用。同时，电容器的损坏会造成电网无功不足，　影响电网的安全、经济运行。本文对并联电容器常见故障进行　了分析，寻找故障原因和处理方法。　１　高压并联电容器在变电站的应用情况　目前我局管辖的１１０　ｋＶ及以上变电站共有６５座，装设并　联电容器２６０组，其中有框架式成套电容器组２４１套，集合式高　电压并联电容器组１９套。　据不完全统计，２０１５年１月至２０１６年９月，我局电容器因本　体故障上报缺陷约有９６条，占电容器类总缺陷７２％，可见电容　器本体故障率极高。　２　并联电容器的结构及装置布置情况　以下以某２２０　ｋＶ变电站使用的无功补偿装置为例，对电　容器单元的结构及并联电容器装置布置图进行简单介绍。某　２２０　ｋＶ变电站使用的是由上海库柏电力电容器有限公司生产　的ＢＡＭ１１／－３３４—１Ｗ型电容器单元组成的电容器成套装置，其　结构及布置图如图１、图２所示。　套管　箱体　图１　ＥＸ一７系列单相、高压电力电容器　３　并联电容器常见故障分析　高压并联电容器组的故障主要分为电容器组本体故障和　附属设备故障。根据对己上报的电容器组缺陷进行分析汇总　可知，我局电容器故障主要表现为不平衡保护动作、电容量超　标、熔断器熔断、本体或熔断器发热、串联电抗器故障等。　３．１　不平衡保护动作　电容器单元的内部元件损坏后，将引起并联电容器组内　／ｌ／ｌＢｌ　　ｌ　Ｉｌ　　Ｉ　Ｉ　卜ｌ　ｘ一．　ｙ＋　一　ｂ＃ｌＩ　－　ｌｌ　　ＩＬ！Ｊｉ　ＵｆＵＩ　ｌｌＩ　　ＩＩ　　ＩＬＩＪＩｌ　ｌ　ｌ　１ｌＺ／　Ｑ　ＬＩ　ｌ　Ｉ　Ｉｆ！　ｌ　ｆ５　　Ｉ］ｌ！Ｉｌ　６６　ＩＩＩ６　｝　ＩＬＩＩｊＩＪ　．Ｉ　ＵＬＩＩ　图２并联电容器装置布置图　２一氧化锌避雷器３一母线铝排４一串联电抗器　５～并联电容器单元６一熔断器７一放电线圈　８一电流互感器　９一热镀锌支架　ｌＯ～镀锡铜编织带　１１一绝缘子　电压分布和电流分布发生变化，导致电容器组某部位出现不　平衡电压或不平衡电流。不平衡保护一般与电容器组的内外　熔丝配合使用，作为电容器组的第一级或第二级主保护。　某２２０　ｋＶ变电站中，１０　ｋＶ电容器组配置的是北京四方公　司生产的ＣＳＣ一２２１Ｂ保护装置，其采用的保护功能为三相式不　平衡电流保护，电容器单元采用外熔丝保护。当电容器单元发　生故障时，外熔丝将熔断切除故障，使电容器组缺相运行，导　致不平衡电流产生，当不平衡电流达到整定值时，不平衡保护　将动作切除整组电容器组。另外，当由于外熔丝质量不合格或　整定值设置不合理等原因，故障电容器单元未被切除时，不平　衡保护将作为后备保护动作，将整组电容器组切除　］。　３．２电容量超标　电容量超标主要由以下原因导致：　（１）电容器组本身制造工艺，如电容器芯子卷绕圈数、聚　合温度不符合要求。　（２）长时间运行导致电容器组绝缘下降。　（３）电容器单元内部熔丝熔断，切断故障元件，导致电容　量不平衡。　据已上报缺陷分析，我局的电容器组出现电容量超标主　要是由第三种原因造成的。　３．３熔断器发热或熔断　熔断器作为高压并联电容器的单台保护，其主要作用是　切除故障电容器单元，从而确保其他电容器不受影响。然而近　几年来，熔断器发热一直是造成电容器故障的主要原因。如果　处理不及时，易引起熔丝过热熔断，造成电容器故障停运。　根据焦耳定律以及欧姆定律可知，当流过电容器的电流　恒定时，接触电阻大是引起发热的主要原因。导体接触电阻与　导体的材料性质、接触形式、接触压力、接触面积以及加工情　况有关。经分析，熔断器发热主要有以下几个部位［２Ｊ：　（１）熔断器接头与电容器铝排连接处。由于螺丝紧固不　机电信息２０１６年第３６期总第４９８期　３１　！！！！　！！！！！！！！！！！　！！！！！！！！！●电气Ｔ程与自动ｔ￣４１，Ｄｉａｎｑｉ　Ｇｏｎｇｃｈｅｎｇ　ｙｕ　Ｚｉｄｏｎｇｈｕａ　　良，导致熔断器接头与电容器铝排连接处接触面积小、接触压　毁线圈。　力小、接触电阻大而发热　（２）熔丝上端与熔断器接头处。由于内外螺纹匹配不良，　致使熔丝上端与熔丝座间留有间隙，接触压力小且接触面为　３．５．４电抗器保护缺失　在高压电容器配置的保护中，都是以保护电容器本体为　主，对电抗器的保护基本不起任何作用。如某２２０　ｋＶ变电站　中，对电容器采用的保护有三相不平衡电流保护、过电流保　护、过负荷保护。根据公式：　铜铝接触面，接触电阻大而发热。　（３）熔丝过渡连接处。此处由于压接不良，接触压力小，压　接处接触电阻大而发热。　３．４　本体或触点严重过热　电容器组本体发热主要是由于过载运行所造成。当加载　在电容器两端的电压超过其额定电压时，电容器处于超电压　式中，，ｃ为电容器回路电流；　为电源电压；Ｋ为电抗率；Ｘ。为电　容器组容抗。　可知，当电抗器出现匝间短路时，其电抗率　随之减小，则　运行状态，这将导致电容器本体发热，严重时更会爆炸烧毁。　其次，电容器触点发热主要表现在电容器母排连接点上。　与熔断器发热原理类似，造成母排连接点发热的主要原因是　，ｃ随之减小，当电抗器完全短路时，Ｋ＝０，Ｉｏ最小。因此，为电容器　设置的过负荷及相间短路引起的过电流保护，无法对电抗器　保护起任何作用。　连接点的接触电阻值过大，主要包括以下两方面　：　（１）连接螺栓的紧固力度不够大。在安装电容器时，由于　需要大量连接螺栓，若紧固螺栓时力度不够，会使螺栓出现松　动进而致使电容器接触不良，以致在运行时出现发热现象。　（２）铜铝连接处出现氧化锈蚀现象。铜和铝的连接点容易　４针对电容器常见故障应采取的措施　（１）选购电容器时应严格把控采购环节，选购质量及制造　工艺先进的电容器产品，配置结构可靠的熔丝保护。　（２）加强设备验收管理，防止设备质量问题遗留到生产运　行中　设备验收时，应严格按照验收指导书逐项进行，运行人　发生锈蚀，这也会导致电容器接触电阻增大，从而引起发热。　因此，可在连接点处安装铜铝过渡片。同时，在进行端子连接　时应先用砂纸对出现的氧化锈蚀部位进行打磨，并在接触面　员应仔细检查设备外观及其附属部件有无明显缺陷，并做好　相应记录。试验班组应根据设备性能对设备进行调试，检验各　上涂上一层导电性能好的防腐材料，减轻连接处的腐蚀现象。　３．５　串联电抗器故障　在电容器回路中，串联电抗器的作用是限制合闸涌流和　抑制高次谐波电流。当电抗器发生故障时，会直接影响电容器　项指标是否达到规定的要求。　（３）在电容器组运行的过程中，结合红外测温，加强对外　熔断器的检查，发现问题及时上报处理。在对电容器组外熔断　的安全运行。２０１５年１月，笔者所在变电站就发生过一起因电　抗器匝间短路而造成故障烧毁，导致电容器不能继续运行的　事故。下面将对常见的电抗器故障进行分析　。　３．５．１　电抗器铁芯温度过高　器进行选型和安装时，必须依据设备要求，对外熔断器的型　号、额定电压、额定电流以及额定分断能力进行考量，选择可　靠性高且参数符合要求的外熔断器。　（４）安装熔断器时，必须按规范进行操作。紧固前应保证　造成电抗器铁芯温度高的原因一般有两个，一是运行时　系统中的谐波电流通过串联电抗器使铁芯损耗加大而发热；　二是铁芯设计与制作上采用了劣质硅钢片，导致铁损增大，损　耗超标，温度过高。　各连接处无锈蚀现象，并涂上防腐材料，紧固时尽量不要留有　缝隙，以减小接触电阻。　（５）在电抗器选型时，应根据电容器参数和系统谐波类型　进行综合考虑配置。另外，还需注意绝缘材料是否有足够的耐　热等级，以避免电抗器绝缘介质过早出现热老化现象。　（６）设置电抗器端电压保护。采用专用的电压互感器跨接　于电抗器两端，检测端电压变化情况，如出现电压过高或过低　３．５．２　电抗器线圈运行温度过高　对于干式铁芯电抗器，其绝缘材料的温升数值应是在１．３５　倍额定电流下进行温升试验所得。若设定为低于１．３５倍额定电　流下的温升值，将导致当系统电压稍高或系统无功过补时出　现温升过高现象。温度过高则会加剧绝缘材料老化，降低绝缘　电抗器的耐压能力，长期积累甚至会烧坏线圈ｒ５］。　３．５－３　电抗器线圈绝缘损坏导致匝间短路　造成电抗器绝缘损坏的原因有以下几种：　（１）在并联电容器投切时，瞬间产生的过电流和过电压对　电抗器线圈造成很大的冲击，使其绕组绝缘过热损坏。　（２）并联电容器在合闸过程中产生　现象，保护装置应发出告警或动作信号，及时将故障隔离。　５　加强电容器组的日常运行维护Ｅ　（１）运行人员应每月对电容器组及其附属设备进行定期　巡视，检查电容器壳体、瓷套管是否有渗漏油现象，并利用红　外成像仪对其进行全面测温，实时掌握设备状态。具体测温标　准可参考表１。　表１我局电容器测温标准　的合闸涌流以及系统中的高次谐波会　形成串联谐振，导致电容器及电抗器上　产生很高的过电压，对其绝缘造成很大　的损害。　（３）高压断路器在分合电容器时瞬　间产生的过电压，或开关断开后两相重燃产生更高的过电压，　都会导致电抗器绕组匝间绝缘遭到很大损害，严重时更会烧　（２）检修班组应定期对电容器及其附属设备开展检查维　修工作，包括紧固螺栓，处理锈蚀部件，检查外熔断器工作状　Ｄｉａｎｑｉ　Ｇ。ｎｇｃｈｅｎｇ　Ｙｕ　Ｚｉｄｏｎｇｈｕａ　三　皇　高土壤电阻率条件下多辐射分支接地极降阻效果研究　陈浩　（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东广卅ｆ　５１００００）　摘要：杆塔接地电阻偏高是导致输电线路反击事故频发的重要原因，尤其是高土壤电阻率地区。现提出一种降低接地装置冲击接　地电阻的方法，通过理论及试验验证其降阻效果。试验结果表明，在保持接地装置总长度一定的条件下，多辐射状分支结构可起到降低　冲击接地电阻的作用。该结论为高土壤电阻率地区杆塔接地设计提供了重要依据。　关键词：接地；高土壤电阻率；降阻；冲击模拟试验　０　引言　杆塔接地的主要目的在于为雷电流提供泄放通道，但由　于杆塔自身电感和杆塔接地体接地电阻的影响，在泄放雷电　土壤中电场强度超过土壤临界击穿场强各点将发生火花放　电，相当于接地极尺寸增大或是土壤电阻率下降，接地装置冲　击接地电阻随之下降。　当保持接地体长度一致时，增加接地体辐射状分支数目，　在某一节点Ａ处，若辐射状分支呈对称布置，忽略土壤不均匀　流过程中会引起塔顶电位升高，易造成绝缘子闪络，导致电力　系统跳闸。　为提高线路耐雷水平，减少线路雷击跳闸率，最有效的技　术手段是降低杆塔接地体冲击接地电阻。传统运用于高土壤　电阻率地区的降阻方法包括引外接地、深埋接地、回填电阻率　性，根据基尔霍夫第一定律，电流将在分支１、２上对称分流，有　关系式Ｉｏ＝Ｉ￣＋１２，又单根水平接地极散流密度公式：　ｊ＝－　，　（１）　低土壤或降阻物质、延长接地极射线以及各种改进接地极如　离子接地极等。这些方法大多存在经济性不合理，或盲目追求　降低工频接地电阻，忽视了其对冲击接地电阻的影响，对于防　式中，肭散流密度；△，为该段导体向大地流散电流；ｆ为该段导　体长度；ｒ为该段导体半径。　根据式（１）可知，在相同冲击电流幅值下，如果辐射状分　雷接地往往不能发挥作用。　目前，已有很多学者开始注重研究接地装置冲击特性影　响因素、接地装置周围土壤火花击穿理论和冲击特性仿真计　算，研究表明，接地装置冲击特性主要受土壤中火花效应及　其自身电感效应的影响。　支数目增加，各分支由于分流会导致各段散流密度减小；同　时，在保持接地极长度一定的条件下，辐射状分支数目增加，　各分支长度相应减小，散流密度又会随之增加。如果不考虑接　地极上各点散流不均匀性，接地极上散流密度会保持不变，然　而，雷电流经接地装置泄散，当土壤电阻率较高时，冲击电流　难以流向土壤中，且末端分支作为尖端有畸变土壤电场分布　的作用。根据公式Ｅ＝Ｊｐ可知，分支末端散流密度会有所增加，　本文通过冲击模拟试验研究了辐射状分支对于改善接地　体冲击特性的作用，为高土壤电阻率地区杆塔接地设计提供　了理论依据。　如果保持除辐射状分支数目外其他各个参数不变，则靠近电　流注入端接地极泄散电流变小，接地极末端利用率增大，即端　部效应。因此，增加辐射状分支相当于增加了接地极散流通　１　辐射状分支接地极降阻机理　接地装置泄散雷电流时，其周围土壤随之产生瞬变电场，　况，对于发热严重或有烧红痕迹的熔断器及时进行更换，清扫　电容器外壳及其绝缘子部件等等。　（３）试验班组应在交接设备以及设备投运后定期对电容　器及其附属设备开展试验工作，对电容量不合格或绝缘性能　［２］李积捷，郑晓婷．变电站１Ｏ　ｋＶ并联电容器发热故障分析及　防范措施［Ｊ］．电力学报，２０１２，２７（５）：４８１—４８３．　［３］洪青云．电容器熔丝发热原因分析及处理［Ｊ］．电力安全技　术，２０１６，１２（６）：５６，５９．　下降的设备提出更换申请。根据规定，当电容量低于５％或高于　１０％时，必须更换电容器单元。而在我局，对于更换值要求更严　［４］王军．高压并联电容器装置中串联电抗器的选用［Ｊ］．电工技　术，２００８（８）：８３—８４．　格，一般试验班组测量结果低于３．６％或高于７％就要求更换，　从而确保设备稳定运行。　［５］李大洲，王翌，张育红，等．高压并联电容器组运行时干式铁　心串联电抗器产生故障的原因及避免措施［Ｃ］／／分布式发　电、智能微电网与电能质量——第三届全国电能质量学术会　议暨电能质量行业发展论坛论文集，２０１３：６６４—６７２．　［６］李敬．１Ｏ　ｋｖ并联电容器运行维护的探讨［Ｊ］．贵州电力技　术，２０１０，１３（４）：７６—７７．　６结语　高压并联电容器组作为电力系统的无功补偿装置，具有　十分重要的作用。因此，在日常工作中我们应高度重视电容器　的运行状况，加强对电容器组的运行维护，提高电容器的使用　寿命，保证电网可靠、安全运行。　收稿日期：２０１６－１卜１Ｏ　［参考文献］　［１］冯顺萍，刘文泽，蔡泽祥．并联电容器组中性线电流不平衡保　护的分析研究［Ｊ］．电力科学与工程，２０１０，２６（２）：４７—５０．　作者简介：黄慕云（１９８９一），女，广东珠海人，助理工程师，从　事变电运行维护工作。　易兴涛（１９８２一），男，贵州遵义人，工程师，从事企业策划工作。　机电信息２０１６年第３６期总第４９８期　３３