一起集合式電容器差壓保護(hù)動(dòng)作事故分析

曲金秋 金雍奧 趙志山 尹曙光 陳亞坤

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

集合式電容器具有體積小、容量大、占地面積小、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但如一旦發(fā)生故障，必須整臺(tái)退出運(yùn)行，這將嚴(yán)重影響供電質(zhì)量[1-2]。常見(jiàn)故障多是電容量的變化引起的，而差壓保護(hù)能反映電容器組電容損壞的情況。設(shè)定合理整定值的差壓保護(hù)可以避免集合式電容器故障的擴(kuò)大，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。下面對(duì)近期發(fā)生的一起集合式電容器差壓保護(hù)動(dòng)作的故障進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本信息

2014年4月，廊坊地區(qū)某110kV 變電站10kV電容器組發(fā)生差壓保護(hù)動(dòng)作跳閘故障，跳閘電壓3.9V，保護(hù)整定值3.5V。故障電容器組為集合式，同相兩節(jié)電容量比為6∶4，型號(hào)是1400-1W，制造廠(chǎng)為合陽(yáng)電力電容器制造有限公司，2001年出廠(chǎng)。由于差壓保護(hù)設(shè)備老舊，只能顯示跳閘電壓，無(wú)法判斷故障相，需要進(jìn)行故障原因及故障相判別。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

初步判斷故障為集合式電容器電容損壞造成。接下來(lái)重點(diǎn)對(duì)電容器進(jìn)行試驗(yàn)。電容量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)Q/GDW07003-2012-10501《國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中的規(guī)定：①每相電容值偏差應(yīng)在額定值的-5%～10%范圍內(nèi)，且電容值與出廠(chǎng)值比較應(yīng)在測(cè)量誤差范圍內(nèi)；②三相電容值比較，最大值與最小值之比不大于1.06；③每相有三個(gè)套管引出的電容器，應(yīng)測(cè)量每?jī)蓚€(gè)套管之間的電容量，與出廠(chǎng)值相差不得超過(guò)±5%[3]。該電容器每相電容值偏差最大為0.97%，三相電容值最大值與最小值之比為1.01，每?jī)蓚€(gè)套管之間的電容量與出廠(chǎng)值相差最大的為-2.3%，由此可見(jiàn)該電容器的電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)也在合格范圍內(nèi)。又對(duì)其進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)也合格，數(shù)據(jù)均在5000MΩ以上。

表1 電容量試驗(yàn)結(jié)果

在電容器上、下節(jié)電容量數(shù)據(jù)合格的情況下，在差壓繼電器上卻測(cè)到了差壓值且數(shù)值超過(guò)了整定值，說(shuō)明確有差壓存在。放電線(xiàn)圈二次回路接觸電阻大的話(huà)，相當(dāng)于在二次串入了一個(gè)大電阻，那么，即使電容器上下節(jié)的電容量平衡，也將會(huì)產(chǎn)生差壓[4]。因此，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)放電線(xiàn)圈二次回路進(jìn)行接觸電阻試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)都在微歐級(jí)別，不存在接觸電阻過(guò)大的問(wèn)題。

為判斷其他設(shè)備故障的可能，先后對(duì)電抗器的直流電阻、絕緣電阻、電抗值，放電線(xiàn)圈的直流電阻、絕緣電阻進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各試驗(yàn)項(xiàng)目均無(wú)問(wèn)題。其中，放電線(xiàn)圈電壓比試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 電壓比

3 差壓保護(hù)原理與動(dòng)作原因分析

3.1 差壓保護(hù)原理及電容器組接線(xiàn)方式

集合式電容器內(nèi)部按單星形接線(xiàn)，再由N段串聯(lián)而成，然后將一相分為上、下兩節(jié)。每相由m臺(tái)小電容器并聯(lián)成段，使用帶中間抽頭的放電線(xiàn)圈與各相電容器的相應(yīng)抽頭相連，分別測(cè)量抽頭對(duì)相線(xiàn)和中性點(diǎn)的電壓，二次線(xiàn)圈反極性串聯(lián)后接入差壓繼電器，構(gòu)成差壓保護(hù)。正常運(yùn)行時(shí)放電線(xiàn)圈二次承受的電壓相同，繼電器兩端基本無(wú)電壓。當(dāng)上、下節(jié)電容值發(fā)生變化，就會(huì)引起電壓的變化產(chǎn)生差壓，一旦差壓達(dá)到整定值，開(kāi)關(guān)就會(huì)跳閘[5]，差壓保護(hù)不受系統(tǒng)電壓影響，能準(zhǔn)確反映電容器內(nèi)部狀況，原理接線(xiàn)圖如圖1所示。

圖1 差壓保護(hù)原理接線(xiàn)圖

3.2 差壓計(jì)算與故障相判斷

若要計(jì)算差壓出口電壓值，主要考慮并聯(lián)的電容值，以及放電線(xiàn)圈的變比兩個(gè)參數(shù)。計(jì)算思路是：根據(jù)每相兩組串聯(lián)電容器電容值算出每個(gè)串聯(lián)單元的分壓值，通過(guò)放電線(xiàn)圈一次電壓值并考慮放電線(xiàn)圈電壓比的誤差，進(jìn)而算出放電線(xiàn)圈二次的電壓值，最終算出差壓值。將結(jié)果與差壓保護(hù)整定值比較， 大于整定值則保護(hù)動(dòng)作，反之不動(dòng)作。

具體以A 相為例，首先根據(jù)電容分壓原理，由式（1）和式（2）確定各節(jié)電容的電壓。

式中，UAO為A 相上節(jié)電壓；UOX為A 相下節(jié)電壓；CAO為A 相上節(jié)電容量測(cè)量值；COX為A 相下節(jié)電容量測(cè)量值，UN為電容器的額定電壓。

由式（3）算出放電線(xiàn)圈實(shí)際電壓比。

式中，K′為放電線(xiàn)圈實(shí)際電壓比；K為額定電壓比；σ為電壓比誤差數(shù)值。

由式（4）變比算出放電線(xiàn)圈二次的電壓。

式中，uao為A 相電容器上節(jié)對(duì)應(yīng)放電線(xiàn)圈的二次電壓。

放電線(xiàn)圈二次電壓的差值即A 相電容器上下兩節(jié)的差壓，如式（5）所示。

將Δu與差壓保護(hù)整定值相比較，小于整定值則保護(hù)不動(dòng)作。

利用表1和表2的數(shù)據(jù)可以得出B 相的差壓為4.08V，A 相的差壓為1.26V，C 相的差壓為1.84V。而該電容器組差壓保護(hù)的整定值為3.5V，B 相差壓大于整定值。所以，可以判斷B 相為故障相。

3.3 動(dòng)作原因分析

為找出該電容器例行試驗(yàn)合格但差壓保護(hù)動(dòng)作的原因，將該電容器歷年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，見(jiàn)表3。發(fā)現(xiàn)B相同一串的兩節(jié)電容變化趨勢(shì)相反，即一節(jié)電容量增大，另一節(jié)電容量減小。雖然電容量的變化在規(guī)程的范圍內(nèi)，但是導(dǎo)致放電線(xiàn)圈二次的差壓增大，超出整定值，使差壓保護(hù)動(dòng)作。

表3 歷年電容量數(shù)據(jù)對(duì)比

為了找出跳閘臨界點(diǎn)，對(duì)本地區(qū)16 臺(tái)同相兩節(jié)電容量比為6∶4 的集合式電容器進(jìn)行分析，模擬電容量變化，看產(chǎn)生的差壓數(shù)值。發(fā)現(xiàn)當(dāng)同相兩節(jié)電 容器電容量變化趨勢(shì)相同時(shí)，可根據(jù)狀態(tài)檢修規(guī)程判斷；當(dāng)電容量變化趨勢(shì)相反時(shí)，每相上下兩節(jié)電容器的電容量，與出廠(chǎng)值相差1.6%～1.9%時(shí)，壓差就超出整定值，又綜合考慮放電線(xiàn)圈電壓比帶來(lái)的誤差，因此當(dāng)與出廠(chǎng)值相差1%時(shí)就有可能使差壓保護(hù)跳閘。

4 結(jié)論

從這起事故可以看出，雖然電容器例行試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，但是差壓仍然可以很大。因此，我單位規(guī)定本地區(qū)6∶4 式集合式電容器每相有三個(gè)套管引出的電容器，應(yīng)測(cè)量每?jī)蓚€(gè)套管之間的電容量，當(dāng)變化趨勢(shì)相同時(shí)，與出廠(chǎng)值相差不得超過(guò)±5%，當(dāng)變化趨勢(shì)相反時(shí)，與出廠(chǎng)值相差絕對(duì)值不得超過(guò)1%。

在日常維護(hù)中，為避免由于放電線(xiàn)圈外部連接松動(dòng)而造成二次直流電阻不平衡，從而導(dǎo)致差壓保護(hù)跳閘，應(yīng)注意放電線(xiàn)圈螺栓的緊固。在電容器的例行試驗(yàn)中，不僅要將電容量的數(shù)值與規(guī)程比，還要注意其變化趨勢(shì)。當(dāng)同相兩節(jié)電容器的電容量變 化趨勢(shì)相反時(shí)，每節(jié)與出廠(chǎng)值相差絕對(duì)值大于0.5%但小于1%時(shí)，建議縮短例行試驗(yàn)周期，加強(qiáng)帶電測(cè)試；當(dāng)大于1%時(shí)，建議停電檢修或更換電容器，避免發(fā)生電容器組跳閘故障，影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。

[1] 聞建中.10kV 集合式電容器的故障預(yù)防[J].農(nóng)村電氣化,2009(7): 58-59.

[2] 周存和.關(guān)于集合式電容器的安全運(yùn)行[J].電力電容器,2003(4): 8-9.

[3] Q/GDW07003—2012-10501.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

[4] 滕樂(lè)天,鄒彬.幾起35kV 集合式并聯(lián)電容器故障分析[J].電力電容器,2004(1): 1-2.

[5] 戴軍瑛.集合式并聯(lián)電容器差壓保護(hù)動(dòng)作分析[J].上海電力,2007(2): 209-210.