电容器一般性故障浅析

电容器一般性故障浅析
摘要:电容器组是投入和退出频繁的设备。

其正常运行与发挥作用,与其接线方式、额定电压、容量、电抗器、电抗率的正确选择是分不开的,本文就此进行简要探讨。

关键词:电容器一般性故障
电容器组是投入和退出频繁的设备。

其正常运行与发挥作用,与其接线方式、额定电压、容量、电抗器、电抗率的正确选择是分不开的。

近年来,某供电公司发生了多起电容器爆炸,放电线圈和电抗器烧损事故,本文针对电容器组发生的故障,从设备绝缘及设计的角度分析其运行状态下的电压分布情况,找出存在的问题,提出一些建议。

某110kV变电站10kV#1电容器105开关由备用转运行,操作时过流I段动作,#1电容器组爆了6个熔丝,A相支柱绝缘子、放电线圈套管及10kV电缆头有拉弧、电弧灼伤痕迹。

现场检查发现:#1电容器组A相一只电容器电容量异常,外壳膨胀,其参数如下,型号:BAM—11/√3—200—1W;无锡日新电机有限公司05年6月生产;铭牌电容量16.3μF,实测电容量21.1μF,超过规程标准30%以上;A相放电线圈绝缘电阻为0MΩ,套管放电痕迹明显;A、B相间母线及部分支柱绝缘子放电痕迹明显;爆熔丝的电容器试验正常,并联电抗器、避雷器、电缆试验合格。

通过现场检查,发现故障原因,电容器组通常采用中性点不接地的
星形或双星形接线,为了限制涌流,一般在电容器中性点侧或电源侧装有电抗器、氧化锌避雷器和放电线圈等设备。

电容器内部结构主要由若干个电容元件按一定的设计要求,通过串、并联组成,单个元件不带熔丝,在安装时配置外熔断器。

该故障的主要原因是,Ａ相有一只电容器的电容量发生了变化,在转入运行时,因过流引起内部元件击穿,造成电压不平衡,导致相间故障,大电流经过放电线圈将其烧毁,爆掉熔断器。

第一,电容器内部串联元件击穿,一般电容值变化均超过+10%以上。

部分完好的电容器内部元件上的电压也升高10%以上,完好的元件上产生内部过电压,造成进一步击穿从而过流,引起外熔断器熔断。

第二,内部元件逐个击穿,属小电流故障范围,熔断器作为电容器内部故障主保护应在故障发展过程中及时开断。

而在中性点不接地星形接线的电容器装置中,随着内部元件逐个击穿,故障发展速度加快,再由于中性点电位偏移,故障电流的增长受到限制,在不大的过流倍数下,熔丝熔断需要一定时间,因而造成了保护配置的困难。

第三,极间短路,指内部引线间的短路击穿、元件全击穿、极壳击穿等;通常是由于过电压或耐压试验诱发的持续局部放电或局部损伤的积累效应,使绝缘已存在一定的损伤,内部故障己经存在;发生极间短路前,熔断器不一定会动作,而当电容器装置操作时由于过电压的作用,瞬时或经一定延时引起短路故障,因此熔断器在短路故障下的开断特性配合是十分重要的。

熔断器在电容器外壳破坏之前及时可靠地开
断是故障保护的最后防线。

第四,中性点不接地系统,发生单相接地故障时,非故障相的电压在理论上会达到线电压,但实际系统中存在着不确定的因素(如谐波等),将会出现较高的电压值。

所以本例中,故障电容器内部其它电容元件击穿后,引起了正常相电压的升高,而现场采用的是框架结构,相间的相对距离较近,从而导致本次事故的扩大。

第五,对于额定电压为11kV的电容器,电抗率设计为5%的电抗器,正常运行情况下,长时间能承受的工频电压为其额定电压的1.1倍,即1.1×11=12.1kV。

而由式公式:(式中US为母线电压；S为电容器组串联段数；K为串联电抗器百分电抗率。

)
可知,实际单台电容器或放电线圈承受的工频电压为12.33kV,其值高于电容器长时间能承受的工频电压。

按此值选择的电容器,对充分发挥其出力大小是有利的,但从绝缘的角度则显得十分紧凑,电容器组一直处于满负荷运行状态。

所以,电容器实测值与额定值之差,应不超过额定值的-5%～+10%。

测量值还应在三相之间相互比较,注意三相之间的平衡,互差不得超过±10%。

同时电容器绝缘介质的工作电场强度较高及冷却条件差,更容易发生内部缺陷,所以设计时需正确、合理的选择与其接线方式、额定电压、容量、电抗器、电抗率并及时有效地进行试验,这将是保证电容器安全运行的有力手段。

现提出改进和预防措施如以下几
点。

第一,投切电容器组是系统中一种正常的操作,但由于断路器在分闸过程中产生重燃过电压,合电容器组时产生合闸涌流,将导致电容器损坏或引起电容器、放电线圈、电缆头和避雷器爆炸。

为了防止此类事故的发生,采用无重击穿的真空断路器以减少和限制电容器组操作过电压,并加装避雷器。

第二,所以尽量避免电容器过电压运行,通常,适当提高额定电压,可满足工频最大运行电压和过电压情况下的正常运行。

第三,熔断器作为电容器内部故障的主保护,熔丝额定电流Inf≥1.43Inc,Inf/Inc(即电流比)在新修订的“高压并联电容器订货技术条件”中,范围定为 1.37～1.50,通常熔断器的保护配置是,当电容器内部故障率达50%～60%时,要求通过熔断器的电流为大于1.lInf,此时熔丝进入发热并准备熔断的区域。

第四,放电能量开断是熔断器在极间短路故障的保护配合时,考虑的重要性能指标。

在放电开断时间大于lms时,需考虑工频故障电流的介入。

第五,增设相应继电保护装置,并将灵敏度提高,以弥补熔断器保护灵敏度的不足,避免熔断器保护性能不佳而导致的事故扩大。

第六,投运第一年要进行预防性试验,多项指标均合格后转入正常
周期预试。

预防性试验对电容器早期发现缺陷,发挥着主要作用。

电容器投运开始2～3年有早期损坏率,以后10～15年损坏率较低,再往后年损坏率又要升高。

第七,建议避雷器接线由四只避雷器组成,一只安装在电容器中性点与地之间。

当电抗率小于1%时,另三只避雷器并接在每相电容器组一端,否则并接在每相电抗器一端;这样既限制电容器对地过电压、极间过电压及单相重燃,也降低两相重燃的几率,是较理想的保护方式。

总之,在正确、合理设计电容器的基础上,要严把出厂产品质量关;严格执行设备在运行、操作中的技术规程、规范;注意改善设备运行环境;提高巡视质量,及时有效的进行试验,把故障消灭在萌芽状态。

参考文献
[1] 国家电网公司电力安全工作规程[S].
[2] 国家标准GB3988-83[S].
[3] 电力设备交接和预防性试验规程[S].
[4] 输变电设备运行规程[S].
[5] 高压并联电容器装置技术标准[S].。