電容器組的維護(hù)和保養(yǎng)

周 偉，張宏閣

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南南陽(yáng)473009）

1 電容器組的日常運(yùn)行維護(hù)

1.1 電容器運(yùn)行中允許的過(guò)電壓

電容器的無(wú)功功率、損耗和發(fā)熱都與運(yùn)行電壓的平方成正比，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致電容器溫度過(guò)高，使絕緣介質(zhì)加速老化而縮短壽命甚至損壞，但是溫度升高需要時(shí)間積累熱量。而運(yùn)行過(guò)程中，由于倒閘、電壓調(diào)整、負(fù)荷變化等因素可能引起電力系統(tǒng)波動(dòng)，產(chǎn)生過(guò)電壓，有些過(guò)電壓幅值雖然較高，但作用時(shí)間短，對(duì)于電容器影響不大，但不能超過(guò)一定時(shí)間限度。

（1）運(yùn)行電壓對(duì)電容器的影響。電容器的無(wú)功功率與電壓的平方成正比，因此電壓變動(dòng)時(shí)對(duì)電容器會(huì)有影響。此外，運(yùn)行電壓升高，會(huì)使電容器溫度增加，壽命縮短，電壓過(guò)高會(huì)造成電容器損壞。

（2）電壓波形畸變和升高對(duì)電容器的影響。在配電網(wǎng)中由于整流負(fù)荷等影響，常使部分網(wǎng)絡(luò)中高次諧波電流增加，并使受端母線電壓波形畸變。并聯(lián)電容器使母線電壓高次諧波成分增加，高次諧波的存在將使容抗下降，產(chǎn)生較大的高次諧波電流，從而使電容器組產(chǎn)生嚴(yán)重過(guò)電流。

1.2 電容器運(yùn)行中允許的過(guò)電流

電容器的過(guò)電流，除了因過(guò)電壓引起的工頻過(guò)電流外，還有電網(wǎng)高次諧波電壓引起的過(guò)電流。因此。設(shè)計(jì)電容器的允許過(guò)電流的限額比過(guò)電壓高。電容器允許長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)電流倍數(shù)為1.3，即可超出額定電流30%長(zhǎng)期運(yùn)行。其中的10%為允許工頻過(guò)電流；20%為留給高次諧波電壓引起的過(guò)電流。

諧波的限制通常采用裂相整流的方法（如變12 相為36 相整流），或者采用在電容器回來(lái)串聯(lián)小電抗器的方法。

1.3 電容器運(yùn)行溫度

電容器運(yùn)行溫度是保證電容器安全運(yùn)行和達(dá)到正常使用壽命的重要條件之一。

電容器的絕緣介質(zhì)依照材料和浸漬的不同，都有規(guī)定的最高允許溫度。此外，溫度過(guò)低也同樣對(duì)電容器不利，低溫會(huì)使電容器介質(zhì)游離，電壓下降，甚至可能凝固，如果此時(shí)投入運(yùn)行，因中心溫度升高快，體積膨脹可能開裂。但是如果在嚴(yán)寒季節(jié)退出運(yùn)行，則可能使內(nèi)部產(chǎn)生真空。故對(duì)YL 型電容器規(guī)定－25°～40℃的范圍。

1.4 電容器的其他維護(hù)

電容器是靜止和全密封的電氣設(shè)備，日常的維護(hù)工作量較少。電容器應(yīng)定期停電檢查，每個(gè)季度至少一次，主要檢查以下幾方面。

檢查電容器殼體、瓷套管、安裝支架等部位是否有積灰或者有污物存在，并進(jìn)行認(rèn)真清掃，以防產(chǎn)生靜電導(dǎo)致短路。運(yùn)行一段時(shí)間后，考慮到熱脹冷縮，應(yīng)定期停運(yùn)檢查各連接點(diǎn)的螺絲，檢查時(shí)應(yīng)特別注意各連接點(diǎn)的連接是否松動(dòng)，若發(fā)現(xiàn)應(yīng)逐一緊固。

必須定期仔細(xì)檢查電容器套管及支持絕緣子有無(wú)裂紋及放電跡象。

每月對(duì)電容器熔斷器的熔體進(jìn)行一次檢查，若發(fā)現(xiàn)燒壞，應(yīng)立即更換，熔體的規(guī)格應(yīng)根據(jù)電容器電流大小確定。更換電容器熔斷器的熔體前，應(yīng)對(duì)電容器放電。如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)熔體經(jīng)常熔斷，應(yīng)重點(diǎn)檢查與其連接的電容器并及時(shí)處理。在一年內(nèi)要測(cè)量電容器的損耗角正切值2－3 次，目的是檢查電容器投入運(yùn)行的可靠性，每次測(cè)量都應(yīng)在額定電壓下或近于額定值的條件下進(jìn)行。

每?jī)赡曜鲆淮晤A(yù)防性試驗(yàn)，主要測(cè)量絕緣電阻、電容值，不合格的應(yīng)退出運(yùn)行。其交流耐壓值必須按電容器的額定電壓等級(jí)確定，直流耐壓試驗(yàn)值為交流耐壓值的2 倍。

定期檢查儀表指示是否正常。

對(duì)于戶外運(yùn)行的電容器組，其運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。因此，應(yīng)定期對(duì)銹蝕處及時(shí)除銹補(bǔ)漆。

電容器的外殼必須有良好的接地。

2 密集型電容器日常運(yùn)行維護(hù)

由于是戶外運(yùn)行，其運(yùn)行環(huán)境比較惡劣。因此，應(yīng)該定期進(jìn)行清除污垢，并對(duì)銹蝕及時(shí)除銹補(bǔ)漆。

裝置投運(yùn)期間，應(yīng)定期檢查。無(wú)人值班變電所至少每周一次。若發(fā)現(xiàn)樁頭發(fā)熱，電容器殼箱膨脹，應(yīng)停止使用，待查明原因并處理后方可繼續(xù)投入。

電容器自回路斷開后，為防止操作過(guò)電壓等原因引起電容器損壞，一般都要求大于5min 后再進(jìn)行下一次操作，強(qiáng)調(diào)一分鐘內(nèi)不得重新投入。

定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)工作，其周期可定為兩年一次，結(jié)合防雷預(yù)試一并進(jìn)行。

密集型電容器的機(jī)械連接部位全部采用焊接，其維護(hù)工作量少，無(wú)需像變壓器一樣定期吊芯檢查。

日常巡視中，如果發(fā)現(xiàn)電容器呼吸器內(nèi)的硅膠已變色，表示已失去吸濕能力，應(yīng)立即更換，更換時(shí)還要測(cè)定絕緣油的擊穿電壓，且呼吸器中的油位應(yīng)保持一定的高度，防止空氣直接進(jìn)入箱體。

要求油位在規(guī)定的標(biāo)尺內(nèi)，呼吸器中的油杯必須經(jīng)常保持有油。油標(biāo)油位應(yīng)高于電容器引線樁頭，否則應(yīng)補(bǔ)充合格的絕緣油，要防止空氣直接進(jìn)入箱體，特別是冬夏兩季。如果發(fā)現(xiàn)漏油，要及時(shí)處理。補(bǔ)充進(jìn)去的絕緣油要與原箱體內(nèi)油標(biāo)號(hào)一致，否則要做混油試驗(yàn)。

定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)工作，其周期可定為兩年一次。

密集型電容器在日常運(yùn)行操作過(guò)程中，由于電容器是儲(chǔ)能元件，在進(jìn)行操作過(guò)程中的充放電都存在一個(gè)較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)程，如果因熔斷器連續(xù)操作而多次充放電，就有可能產(chǎn)生操作過(guò)電壓而損壞電容器。因此，不應(yīng)該連續(xù)操作熔斷器對(duì)電容器進(jìn)行放電。對(duì)于每一次操作之后，不論斷路器操作成功與否，都應(yīng)間隔一定的時(shí)間（一般大于5min）才能進(jìn)行下一次操作。

3 影響電力電容器的安全運(yùn)行的因素

電容器是靜止設(shè)備，但是由于制造技術(shù)和質(zhì)量問(wèn)題或運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，也會(huì)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象和事故，同時(shí)，它屬于儲(chǔ)能元件，在電力系統(tǒng)中受過(guò)渡過(guò)程的影響，以及它與感性元件的相互作用在一定條件下產(chǎn)生諧振，造成投切操作及運(yùn)行中的一些不利因素。

安裝、接線不符合安全要求。電容器的額定電壓要與所接電網(wǎng)電壓相符，安裝電容柜的室內(nèi)，應(yīng)無(wú)腐蝕性氣體及水蒸氣，不受雨、雷、塵土侵襲，沒(méi)有劇烈振動(dòng)、沖擊、爆炸、易燃等危險(xiǎn)。電容器要有良好的通風(fēng)環(huán)境，應(yīng)避免日光直接照射柜體。

電容器制造質(zhì)量不良。由于材料和制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)有差距，造成隱患，必然影響電容器運(yùn)行的安全。例如，電容器內(nèi)部元件被擊穿引起爆炸，因此生產(chǎn)廠家一定要選用高質(zhì)量的材料和規(guī)范的制作工藝來(lái)制造電容器。

環(huán)境溫度的影響。電容器的運(yùn)行溫度是主要的監(jiān)視項(xiàng)目，溫度不超過(guò)允許范圍是保證電容器安全運(yùn)行和預(yù)定使用年限的主要條件。

4 電力電容器性能簡(jiǎn)易判斷方法

4.1 外部觀察聽診法

如果發(fā)現(xiàn)電容器外殼變形，有膨脹鼓肚現(xiàn)象，則說(shuō)明電容器內(nèi)部的絕緣電介質(zhì)或電極有損壞，應(yīng)立即退出運(yùn)行并更換新品。

如果發(fā)現(xiàn)電容器高壓瓷瓶閃絡(luò)炸裂或已出現(xiàn)噴油、溢出內(nèi)部絕緣介質(zhì)等現(xiàn)象，應(yīng)判斷為電容器損毀，立即退出運(yùn)行并更換新品。

電容器運(yùn)行時(shí)，不應(yīng)該有任何響聲。例如，聽到有異?！班琛?、“啪”放電聲或“嗡嗡”沉悶響聲，說(shuō)明電容器內(nèi)部必有故障，應(yīng)立即停運(yùn)，做進(jìn)一步檢查處理或更換新品。

4.2 絕緣搖表測(cè)試法

將待測(cè)電容器放電并拆開電容器的外部連線，選用與電容器工作電壓相當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)的兆歐表（一般規(guī)定：1000V 以下用500V 或1000V，1000V 以上的使用1000V 或2500V 兆歐表）。搖測(cè)時(shí)應(yīng)戴絕緣手套或站在絕緣體上，按約120r／min的轉(zhuǎn)速保持勻速，再將測(cè)試線或測(cè)電筆可靠接觸到電容器被測(cè)導(dǎo)體，并保持搖表按120r／min 的轉(zhuǎn)速勻速30－60s，讀取數(shù)據(jù)后，迅速將測(cè)試線（筆）離開被測(cè)試品切斷電路，然后才降低和終止搖表?yè)u把的轉(zhuǎn)動(dòng)，以免被測(cè)電容器的剩余電荷損壞搖表。

如果兆歐表?yè)u測(cè)時(shí)表針從零開始，逐漸增大至一定數(shù)值并趨于平穩(wěn)，搖測(cè)后電容器短路時(shí)有放電的清脆響聲和火花，說(shuō)明電容器充放電性能良好，只要絕緣不低于規(guī)定值，即可判斷該電容器為合格，可放心投入運(yùn)行。

如果兆歐表有一些讀數(shù)，但短路時(shí)卻沒(méi)有放電火花，則表示電極板和接線柱之間的連接導(dǎo)線已斷裂，必須退出運(yùn)行或更換新品。

如果兆歐表停在零位，則表明電容器已經(jīng)擊穿損壞，不得再次使用。

5 高次諧波的危害

當(dāng)電容器工作于含有“諧波源”的電網(wǎng)上時(shí)，對(duì)于n 次諧波而言，電容器的容抗將是基波時(shí)的1／n。因此，諧波對(duì)于電容器工作電流的影響是很大的。例如，就5 次諧波而言，如果其無(wú)功功率為基波的6%，那么它所引起的電壓就僅為基波額定電壓的，而它所提供的電流卻高達(dá)基波電流的5×6%＝30%。高次諧波電流極容易使電容器擊穿引起相間短路?？紤]到諧波的存在，故規(guī)定電容器的工作電流不得超過(guò)額定電流的1.3 倍。必要時(shí)，應(yīng)在電容器上串聯(lián)適當(dāng)?shù)母行宰杩梗韵拗浦C波電流。

諧波能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電流、電壓正弦波畸變，加速電容器絕緣介質(zhì)老化，降低電容器使用壽命或因長(zhǎng)期過(guò)熱而損壞，特別是當(dāng)高次諧波發(fā)生諧振時(shí)，最容易使電容器過(guò)負(fù)荷、過(guò)熱、振動(dòng)甚至損壞。

對(duì)電容器來(lái)講，一般不存在偶次倍數(shù)的諧波。此外，中性點(diǎn)不接地星形連接的電容器組的相電壓中，都不包括3 次及其整數(shù)倍的諧波。因此，主要考慮5、7、11、13 等次諧波的影響。在這些高次諧波中，以5 次諧波最為顯著。

對(duì)于系統(tǒng)中有諧波源，而且影響到電容器安全運(yùn)行時(shí)，首先應(yīng)對(duì)諧波源采取相應(yīng)措施以降低高次諧波分量。抑制高次諧波的方法很多。例如，增加整流器的相數(shù)，限制大型整流器在電網(wǎng)中的連接容量以及采用調(diào)諧電抗器、微電感電阻和濾波電容器等專用高次諧波濾波裝置等。其次應(yīng)考慮由于系統(tǒng)電壓中諧波的存在，采用何種措施才能限制諧波的放大。目前，為了保護(hù)用于無(wú)功補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器，最有效的方法是在電容器回路中串聯(lián)電抗器。

電抗器與電容器是一組設(shè)備的兩個(gè)部分，串聯(lián)的電抗器和電容器都應(yīng)具有一定的過(guò)載能力。只要諧波電流和電壓在不超過(guò)允許值的范圍內(nèi)，電抗器和電容器就能夠安全可靠地運(yùn)行。

電網(wǎng)中的高次諧波源主要來(lái)自非線性負(fù)載，如電網(wǎng)中的晶閘管鎮(zhèn)流裝置、變壓器鐵芯非線性飽和以及電弧爐變頻器等。高次諧波對(duì)電容器的危害甚大，首先使電容器過(guò)流、發(fā)熱、增加損耗，導(dǎo)致介質(zhì)絕緣性能下降，最后造成內(nèi)部擊穿。同時(shí)可能形成電流諧振，一旦產(chǎn)生電流諧振，將使大批電容器過(guò)流、熔斷器熔斷或發(fā)生爆炸事故。防止高次諧波對(duì)電容器的危害，可提高電容器組的額定工作電壓，以提高電容器的絕緣介質(zhì)強(qiáng)度。例如，將額定電壓500V 的電容器用在400V 的電源上。

6 電容器的過(guò)電流和過(guò)負(fù)載

6.1 電容器的過(guò)電流

電容器在以下幾種情況下可能出現(xiàn)過(guò)電流。

電容器組投入電力網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生合閘浪涌電流。一般合閘浪涌電流為正常電流幅值的6－8 倍，極容易損壞電容器及投切開關(guān)。因此應(yīng)盡量選用電容器專用的投切開關(guān)，并應(yīng)在電容器組中串聯(lián)電抗器。

運(yùn)行電壓升高使電容器過(guò)流。由于電容器的無(wú)功功率與運(yùn)行電壓的平方成正比，因此電壓升高，無(wú)功電流也增大，其后果是使電容器溫度升高。

電源電壓波形畸變正常電容器過(guò)流。在電力系統(tǒng)中，由于大功率晶閘管鎮(zhèn)流器的廣泛應(yīng)用，電解工藝變壓器鐵芯的飽和等，都會(huì)使電源電壓的波形發(fā)生畸變。凡是非正弦波電壓，均可分解為基波和各種倍頻的高次諧波。由于容抗與頻率成反比，諧波次數(shù)越高，對(duì)該次諧波電壓變形出的容抗越小，該次諧波電流就越大。由此可知，某次諧波電流所造成電流變形畸變，遠(yuǎn)比電源波形的畸變嚴(yán)重。尤其當(dāng)并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的電容器與輸電線和變壓器的電感形成振蕩回路時(shí)，還可能出現(xiàn)電流諧振，該諧振將使電容器嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷，造成熔斷器熔斷，使電容無(wú)法投入。

6.2 電容器過(guò)負(fù)荷

電容器在使用過(guò)程中要防止過(guò)負(fù)荷，引起電容器過(guò)負(fù)荷的原因主要有以下幾個(gè)方面：①實(shí)際運(yùn)行電壓高于電容器額定電壓；②諧波電壓引起的過(guò)電壓；③電容器容量的正偏差。

引起第一種過(guò)負(fù)荷的原因是電容器的無(wú)功功率為：

可見，電容器無(wú)功功率與電壓的平方成正比，運(yùn)行電壓太高，將使電容器無(wú)功功率大大增加，并使電容器溫度升高，嚴(yán)重時(shí)使電容器發(fā)生熱擊穿。防止措施是降低連接電容器的母線電壓。若電壓波動(dòng)幅度較大，可裝設(shè)電壓自動(dòng)投切電容器裝置。引起第二種過(guò)負(fù)荷的原因是電路中的非正弦電壓和非線性元件造成的。非線性元件一般是指鎮(zhèn)流器、電弧爐、鐵芯線圈等。負(fù)載在非正弦電壓作用下將產(chǎn)生非正弦電流。而高次諧波使總電流比基波電流的有效值增加，也使平均功率增加。防止措施是在電容器回路中串聯(lián)電抗器，它還具有限制投切涌流的作用。若電容器安裝運(yùn)行的電壓并不高，但電容器過(guò)電流嚴(yán)重，則需考慮供電網(wǎng)絡(luò)高次諧波的影響。

以上綜合分析了電力電容器的運(yùn)行維護(hù)及保養(yǎng)方法等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)全面綜合考慮多種因素的影響，為電容器提供必要的運(yùn)行條件，盡可能減少電容器存在的不安全因素。這樣，電容器就能夠正常穩(wěn)定地工作。

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