补偿电容器故障原因分析

补偿电容器故障原因分析

摘要：电容器被损坏的情况主要是电容器内部故障、熔丝动作和渗漏，其次是油箱鼓肚，绝缘不良。对造成电容器损坏进行了分析，不论从设计、安装、运行管理、产品质量等各个方面都存在一定问题，应引起重视。

关键词：补偿电容器；故障；分析

宜宾电业局从1997年开始在电网中投入补偿电容器，现在已有城中、竹海、叙南、吊黄楼、九都、方水、龙头等7个变电站共12组补偿电容器在网运行。几年来的运行情况其损坏是比较严重的，电容器损坏率在15%～20%，严重地影响电网的安全运行和造成较大的经济损失。电容器被损坏的情况主要是电容器内部故障、熔丝动作和渗漏，其次是油箱鼓肚，绝缘不良。究其原因，造成电容器损坏的原因大致有以下几个方面。

1 谐波的影响

宜宾电网的谐波问题是比较突出的，1990年电科院曾将宜宾电网列为全国的谐波监测点之一。一般认为三次谐波在变压器二次侧的三角形接线中流通，不会进入电容器组，因此，主要是抑制五次谐波及以上的谐波分量，由此而选用6%电容器组容抗量的串联电抗器。但实际运行中发现，变压器的三角形结线不能完全消除三次谐波，不能阻止三次谐波穿越变压器，主要是因为变压器电源侧三相谐波分量不平衡，其次是变压器二次侧除电容器外还带有谐波发生源的电力负荷，按前述所配置的6%串联电抗器对于三次谐波仍然呈容性，三次谐波进入电容器后将被放大，这对电容器组定有较大的影响。为此，为抑制三次谐波的一个办法，根据计算装设感抗为13%电容器容抗值的串联电抗器，加大串联电抗器的感抗，以阻止三次谐波进入电容器，但这将使电容器的端电压增高15%，这是正常运行所不允许的。由此必须更换更高耐受电压的电容器，这将增加较大投资。另一办法是装设三次谐波滤波器，它既可以

减少谐波对电容器的影响又可以避免三次谐波侵入电网，同时使电网的电压质量得到改善。但是如果谐波来自变压器的电源侧电网，则三次谐波将穿越变压器，通过滤波器后使谐波放大，这对电网电压质量及对变压器运行带来不利影响。电容器允许的1.3(1.35)倍的额定电流下连续运行，如果电容器装有6%串联电抗器来限制了五次及以上的谐波分量，那电容器中只通过基波及三次谐波，电容器中电流的有效值I=I1 其中K=I3/I1。如果电容器中允许电流为额定基波电流的1.3倍，即I=1. 3IL，则可求出K=27.7%，即只要三次谐波电流不超过其基波电流的27.7%。那末电容器就可正常安全运行。实际运行中测得的三次谐波分量一般都未超过27.7%，因此只要适当调整电容器容量，在避开三次谐波的谐振条件下，使电容器通过的电流不超过其最大允许值，那末三次谐波就不会对电容器造成危害。至于发生突发故障时出现的谐波，由于其时间短暂，对这类谐波，只要电容器具有正常的绝缘强度和保护装置，就不足以造成损坏。

2 渗漏

电容器是全密封装置，如果密封不严，空气、水分和杂质就可能进入油箱内部，造成极大危害，因此电容器是不允许发生油的渗漏。一般发生油渗漏的部位主要是油箱与套管的焊缝，发生渗漏的主要原因是焊接工艺不良。另外国内制造厂对电容器作密封试验的要求不严格，试验是采用加热到75 ℃保持2 h的加热试验而不是逐台试验。相对照美国西屋公司是采用85 ℃8 h 加热试验，法国西门子公司是采用95 ℃6 h加热试验。由于国外产品通过严格的试验，因此很少出现渗漏现象。套管渗油的部位一是根部法兰，二是帽盖和螺栓等焊口，渗漏的原因有加工工艺问题，也有结构设计和人为的原因。螺栓与帽盖应该构成整体，如焊接质量差，对螺丝紧力时紧力稍大就会引起焊缝断裂。变电站中多是采用硬母线联接，温度变化时母线温度变化而膨胀和收缩，就会使螺杆受力，很容易将螺杆焊口拉开。此外，搬运电容器如果是采用直接提套管的方法以及运输过程中包装质量不好，也会使套管的焊缝破裂而引起渗漏。

3 鼓肚

鼓肚就是油箱膨胀。电容器油箱随温度变化发生少许鼓胀和收缩是正常现象，但是当内部发生放电，绝缘油将产生大量气体，而使箱壁变形，形成明显的鼓肚现象。发生鼓肚的电容器已经不能再用，而且不能修复，应拆下更换新电容器。造成鼓肚的原因主要是产品质量问题。过去绝缘纸、铝箔质量差，浸渍液不是吸气性的电容器油，又没经过严格的净化处理，加之在设计上追求比特性的指标，工作场强选择较高。这样就造成低质量的产品在高电场下运行，以致发生大批电容器鼓肚、元件击穿和熔丝动作的故障。根据现场调查表明：电容器击穿的部位多在电极的边缘，拐角和引线与极板接触处，以及元件出现折叠等部位，这些地方电场强度或电流密度较高，容易发生局部放电或热烧伤绝缘。

4 绝缘不良

绝缘不良电容器是在预防性试验中发现的，其中一部份是电容值偏高。根据长期加热加压的寿命试验证明，电容值的变化是很小的。电容值的突然增高，只能认为是部份电容元件击穿短路，因为电容器是由多段元件串联组成的，串联段数减少，电容就会增高，部份元件发生断线，电容值将会减少。另一部分绝缘不良的电容器是电介质损失角过大。电容器长期运行，介质损失角将略有增加，但是成倍增长是不正常的现象。由于只有发生放电时，由于局部过热才会出现介质损失过大的问题，因此，对待这些产品只能进行更换。电极对油箱的绝缘强度是比较高的，但是由于工艺中的缺陷，例如在焊接过程中烧伤了元件与箱间的绝缘纸、引线未包好绝缘、油量不足、采用短尾套管、绝缘距离不够、瓷套质量不良等等，在试验过程中就可能发生放电和套管炸裂的故障。

5 炸裂

电容器产生爆炸的根本原因是极间游离放电造成的极间击穿短路。电容器要配置适当的保护熔丝，当电容器发生击穿短路时，熔丝将首先切断电源，油箱就不会发生爆炸，并且可以避免着火和防止将邻近电容器炸坏。星形结线的电容器组，由于故障电流受到限制也很少发生爆炸，因此单台保护是很重要

的，只要安秒特性配合适当就可以防止油箱炸裂。

6 过电压及外力破坏

由于开关重燃引起的操作过电压和系统谐振，曾经损坏过一部份电容器，经过设备配套完善化，这类故障已很少发生。此外因雷击时，由于避雷器距离超过电容器组150 m而没有起到防雷保护作用，引起电容器套管闪络，也会损坏电容器。因此，套管外绝缘强度如何，是否清洁等问题也是值得注意的。但总的来说，过电压对电容器的威胁不大。通过以上几点的分析，不难看出宜宾电业局在运的电容器，不论从设计、安装、运行管理、产品质量等各个方面，都存在一定的问题，应引起重视。并根据实际情况，采取适当措施予以解决。对一些情况不明的故障加以研究，以保证在网运行电容器组的安全运行。

变电站并联补偿电容器组的配置研究