由一起事故分析在低壓并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償回路中沒有必要采用熱繼電器

高會(huì)賓

（天津中電華利電器科技集團(tuán)有限公司，天津 300300）

筆者曾經(jīng)手一配電室低壓無功補(bǔ)償柜改造項(xiàng)目，具體情況如下：該配電室為一制藥廠生產(chǎn)車間綜合配電室，設(shè)備運(yùn)行已近2年。近期一次例行維護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，無功補(bǔ)償柜內(nèi)有一組電容器漲裂，接線端子處有明顯滲漏痕跡，故退出運(yùn)行，要求改造。該無功補(bǔ)償柜主開關(guān)選用了塑殼斷路器，電容器組分支回路選用了熔斷器+接觸器+熱繼電器+電容器的組合方式，總補(bǔ)償容量 150kVar，共分 6步等容投切，每步 25 kVar；控制器為某國產(chǎn)品牌 JKL5C型無功補(bǔ)償控制器，電容器型號(hào)為BSMJ-0.4-25-3。漲裂的電容器位于第2步。

鑒于電容器只是漲裂而沒有發(fā)生爆炸，可初步斷定電容器故障原因?yàn)檫^載而非短路。電容柜曾成功運(yùn)行一年有余，且其它回路正常，排除系統(tǒng)諧波引起過載原因。經(jīng)多次測(cè)量，系統(tǒng)電壓基本穩(wěn)定在400V～430V，電容器額定電壓為 400V，系統(tǒng)電壓并未超過電容器額定電壓的 1.1倍，排除因過電壓引起過載原因。

筆者仔細(xì)查看了電容器回路熱繼電器的整定值，發(fā)現(xiàn)各回路整定值各不相同，故障回路整定值為36A左右，恰為25kvar電容器額定電流值，熱繼電器復(fù)位方式為自動(dòng)復(fù)位。筆者將故障電容器解除，其余回路手動(dòng)投入運(yùn)行。用卡表分別測(cè)量電容運(yùn)行電流，記入在表1中，同時(shí)記錄熱繼電器整定電流。

表1 電容器運(yùn)行電流及熱繼電器整定值（單位：A）

從表1中的數(shù)據(jù)可看出，電容器的實(shí)際運(yùn)行電流均比銘牌標(biāo)注額定電流值36A要大，電流最大的一組達(dá)到了43.10A，為額定電流的1.197倍。這里除了系統(tǒng)電壓偏高的因素外，電容器本身的偏差也是原因之一。

筆者將第1及第5步回路熱繼電器整定為故障回路值即36A，等待觀察。

第1步Ic1/Ih1=37.52/36=1.042倍；

第5步Ic2/Ih5=43.10/36=1.197倍。

將電容器組重新投入運(yùn)行，約28min時(shí)，第5步熱繼電器動(dòng)作，該組電容器被切除。經(jīng)過大約10min，熱繼電器自動(dòng)復(fù)位，電容器再次投入運(yùn)行。此后經(jīng)過大約每20min熱繼電器動(dòng)作，冷卻約8min熱繼電器復(fù)位。在連續(xù)觀察的2h時(shí)間內(nèi)，電容器共進(jìn)行了3次投切。而第1步在2h內(nèi)沒有動(dòng)作。至此，初步斷定電容器組故障原因是熱繼電器整定值偏小，在運(yùn)行過程中頻繁投切造成的。

但該補(bǔ)償柜曾有一年有余的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，照此投切頻率，電容器故障當(dāng)早發(fā)生。

問及負(fù)載情況，該配電室負(fù)責(zé)人告知，大約半年之前，車間新增設(shè)備，由于沒有預(yù)留配電回路，故從該配電室低壓柜內(nèi)一備用回路引出電源，設(shè)備功率約 80kW。將該新增設(shè)備開關(guān)斷開，手動(dòng)投入全部剩余5組電容器，功率因數(shù)達(dá)到0.92；將新增設(shè)備投入運(yùn)行，功率因數(shù)降至 0.89。查看新增設(shè)備功率，為82kW,功率因數(shù)為0.8，通過計(jì)算，符合上述情況。

可作如下分析：當(dāng)未有新增設(shè)備時(shí)，投入5組電容器功率因數(shù)可達(dá)到 0.92，控制將不再投入電容器。當(dāng)?shù)?步電容器被熱繼電器切除，控制器接著投入第6步電容器。經(jīng)過冷卻時(shí)間，熱繼電器復(fù)位，第 2步電容器再次投入運(yùn)行，本著“先投先切”的原則，控制器將會(huì)切除第1步電容器；當(dāng)?shù)?步電容器再次退出，控制器將再次投入第1步電容器；當(dāng)?shù)?步電容器第2次投入，控制器將會(huì)切除第2步電容器。如此，經(jīng)過這一過程，第2步電容將長時(shí)間退出運(yùn)行，并不影響補(bǔ)償效果和設(shè)備正常運(yùn)行?？刂破骱蜔崂^電器交叉投切過程見表2。

表2 控制過程

當(dāng)熱繼電器第2次復(fù)位時(shí)，控制器將第2步電容器切除，系統(tǒng)將保持5步電容器投入運(yùn)行的狀態(tài)，第2步電容器并沒有頻繁投切。

當(dāng)新增設(shè)備投入運(yùn)行，由于功率因數(shù)達(dá)不到要求，控制將會(huì)投入全部電容器。第2步電容則將在控制器“不知情”的情況下，被熱繼電器“控制”：熱繼電器動(dòng)作（切除）-熱繼電器自動(dòng)復(fù)位（投入），如此頻繁投切。按照每小時(shí)2次的投切頻率，每24小時(shí)投切48次（該生產(chǎn)車間為三班制），半年累計(jì)投切8000多次。在國標(biāo)GB/T 12747-91中要求：電容器每年的操作不超過5000次。實(shí)際投切次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)要求的約3.5倍，此為造成電容器故障的原因。

自動(dòng)投入電容器組，并停掉部分設(shè)備，使系統(tǒng)投入4組電容器時(shí)功率因數(shù)達(dá)到0.93，如此，若第5步熱繼電器整定值依然為 36A，那么，經(jīng)過熱繼電器的第4次復(fù)位（故障回路為第2步），第5步電容器將切除，系統(tǒng)維持穩(wěn)定。經(jīng)觀察，現(xiàn)場(chǎng)情況符合推斷。

經(jīng)用戶單位同意，更換故障電容器，并將熱繼電器接線改為僅作用于信號(hào)，供值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做處理。改造完成至今運(yùn)行已半年有余，未出現(xiàn)故障。

經(jīng)過該事故原因分析，并查閱了相關(guān)資料，筆者認(rèn)為在低壓電容器組無功補(bǔ)償系統(tǒng)中，設(shè)置熱繼電器作為保護(hù)元件是沒有必要的。相反，由于安裝了熱繼電器，但熱脫扣電流整定不當(dāng)和熱繼電器復(fù)位方式難于選擇，在運(yùn)行中容易出現(xiàn)其他問題。

1 電容器本身的特性決定了不必要用熱繼電器保護(hù)

我們知道，引起電容器的負(fù)荷變化的原因有兩個(gè)，其一是電壓的波動(dòng)。對(duì)于線性電容元件，有

即在其他條件不變的情況下，電容器的電流與電壓是成正比的。當(dāng)電網(wǎng)電壓升高10%，相應(yīng)的電容器電流也會(huì)升高10%。

GB/T 15576-1995《低壓無功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》中第4.6條規(guī)定：“電壓波動(dòng)范圍不超過額定工作電壓的±10%”。電容器的穩(wěn)態(tài)過電流可達(dá)1.30倍額定電流，故在1.10倍電網(wǎng)額定電壓下電容器可保證長期運(yùn)行。

2 無功功率補(bǔ)償控制器具有過電壓和過電流的保護(hù)功能

只要不是市場(chǎng)上的淘汰產(chǎn)品，無功補(bǔ)償控制器都具有過電壓保護(hù)的功能，在電壓異常的情況下，控制在短時(shí)間內(nèi)能夠切除所有電容器組并閉鎖，直到電壓恢復(fù)正常。

目前，市場(chǎng)上的高端控制器還具有諧波檢測(cè)功能，當(dāng)系統(tǒng)中諧波含量超過規(guī)定值時(shí)，控制器同樣能夠切除所有電容器組并閉鎖，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常。

3 熱繼電器的動(dòng)作電流不易整定，復(fù)位方式難于選擇

當(dāng)電容器回路安裝了熱繼電器并且作用于投切接觸器斷開時(shí)，容易引起其它一些不易解決的問題。首先是熱繼電器的動(dòng)作電流不易整定，其次是熱繼電器的復(fù)位方式難于選擇。

雖然說電容器一旦投入工作就在滿載下運(yùn)行，但由于電容器本身容量的誤差和電壓波動(dòng)，其真實(shí)的運(yùn)行電流是在某一范圍內(nèi)不斷變化的，熱繼電器的整定值不易調(diào)整到最合適的值，造成的結(jié)果是要么不動(dòng)作，要么誤動(dòng)作。再者，熱繼電器動(dòng)作受溫度影響，配電室的氣溫冬夏差別較大，熱繼電器無法根據(jù)實(shí)際溫度做出合適的偏差補(bǔ)償。

熱繼電器一般有兩種復(fù)位方式：手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位。在電容器回路中，如果安裝了熱繼電器且設(shè)置為“手動(dòng)復(fù)位”方式，那么一旦該繼電器動(dòng)作，在維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)之前，該組電容器將無法投入工作。一旦同時(shí)有幾組熱繼電器動(dòng)作，在維護(hù)人員發(fā)現(xiàn)之前，這些電容器將無法再投入工作，這樣就會(huì)造成總補(bǔ)償量不足，功率因數(shù)達(dá)不到要求，用電質(zhì)量降低。

若熱繼電器設(shè)置為“自動(dòng)復(fù)位”方式，就有可能發(fā)生本文中闡述的故障情況：熱繼電器在控制器“不知情”的情況下控制某組或某幾組電容器的頻繁投切，這對(duì)電容器是十分不利的。

頻繁投切對(duì)電容器有以下危害：

1）使電容器的絕緣介質(zhì)老化過程加速。

2）過電壓使自愈性能惡化提前失效。

3）使電容器的局部放電加劇，加快絕緣老化和電容量衰減。

綜上所述，在低壓并聯(lián)電容器組無功補(bǔ)償回路中，熱繼電器不是必需安裝的器件。但可將熱繼電器作用于信號(hào)引至配電值班室，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況多次整定，以便接近實(shí)際運(yùn)行值，以便在有異常情況時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理。

[1]王兆安,楊君,劉進(jìn)軍.諧波抑制和無功功率補(bǔ)償.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[2]江鈞祥,蔡富強(qiáng),蔡金存,陶梅.低壓電容無功補(bǔ)償裝置不宜頻繁投切.2003 年電力電容器學(xué)術(shù)論文集,2003.

[3]GB/T 15576-1995.低壓無功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件.

[4]JB/T 9663-1999.低壓無功功率自動(dòng)補(bǔ)償控制器.

[5]JB/T 7113-1993.低壓并聯(lián)電容器裝置.