煤層氣電網(wǎng)關(guān)閉所電力電容器故障分析與對(duì)策

邵明汝，李彥超，劉劍，楊紅偉，王桂田，南華，玄冠濤

（1.華北油田公司水電廠，河北任丘062552；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東泰安271018 3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院作物學(xué)博士后流動(dòng)站，山東泰安271018）

故障診斷與維修

煤層氣電網(wǎng)關(guān)閉所電力電容器故障分析與對(duì)策

邵明汝1，李彥超1，劉劍1，楊紅偉1，王桂田1，南華1，玄冠濤2，3

（1.華北油田公司水電廠，河北任丘062552；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東泰安271018 3.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院作物學(xué)博士后流動(dòng)站，山東泰安271018）

煤層氣電網(wǎng)運(yùn)行以來(lái)開(kāi)閉所的電力電容器頻繁發(fā)生故障，給煤層氣的生產(chǎn)帶來(lái)了很大的影響，也給水電廠對(duì)外服務(wù)的形象造成了不良的后果，電力電容器的故障雖然不能造成煤層氣供氣的中斷以及大面積的停電，但對(duì)壓縮機(jī)的正常運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行造成的損失都是很大的，為此，必須解決好這個(gè)難題，從根本上找出問(wèn)題的所在，提出解決方案，并最終予以實(shí)施。下面就電力電容器經(jīng)常發(fā)生故障的原因進(jìn)行全面的分析和解剖，結(jié)合山西煤層氣電網(wǎng)的特點(diǎn)提出整改方案。

電力電容器；煤層氣；電壓；運(yùn)行

水電廠山西煤層氣分廠的主要目標(biāo)是為煤層氣分公司的煤層氣生產(chǎn)服好務(wù)，保證煤層氣電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于山西特殊的地理結(jié)構(gòu)和環(huán)境特點(diǎn)，使其對(duì)電網(wǎng)的整體維護(hù)造成了很大的不便和困難。電力電容器作為開(kāi)閉所中壓縮機(jī)運(yùn)行補(bǔ)償?shù)碾娖髟O(shè)備，對(duì)壓縮機(jī)的正常運(yùn)行起到很大的作用[1-2]。煤層氣電網(wǎng)現(xiàn)有10座10 kV開(kāi)閉所，壓縮機(jī)20臺(tái)，每一臺(tái)壓縮機(jī)都有電力電容器補(bǔ)償柜，它是保證煤層氣外輸加壓的必備設(shè)施，保證它的可靠運(yùn)行就是提高了煤層氣的氣量外輸能力，所以，電力電容器的故障問(wèn)題必須徹底解決。

1煤層氣電網(wǎng)電力電容器的故障現(xiàn)象

1.1 電容器制造原因及分析

由于電容器制造原因引起的故障大多是由于一些小的生產(chǎn)廠家靠貼牌大公司進(jìn)入煤層氣電網(wǎng)來(lái)的。高壓電力電容器本體是由多個(gè)元器件組成的，由于原材料及制造工藝的等原因，介質(zhì)中可能存在雜質(zhì)、機(jī)械損傷、針孔、清潔度低等問(wèn)題，造成電容器制造原因發(fā)生故障，這是由于水電廠山西煤層氣分廠建立之初，對(duì)入網(wǎng)的設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行的檢查和驗(yàn)收中，不具備先進(jìn)的儀器儀表和校驗(yàn)平臺(tái)，再加之當(dāng)初有一些施工隊(duì)伍的技術(shù)手段比較落后，驗(yàn)收不全面，造成個(gè)別不合格產(chǎn)品進(jìn)入電網(wǎng)，從而引起故障的發(fā)生。樊三站開(kāi)閉所電力電容器在投入運(yùn)行后的故障，經(jīng)分析就是因?yàn)樯a(chǎn)廠家為了降低成本，私自提高了設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)，從而造成電力電容器本體故障[3]。

1.2 操作過(guò)電壓引起的電容器損壞

電力電容器對(duì)電壓是非常敏感的，每一次的操作，都有可能引起電感—電容回路的震蕩過(guò)程，從而產(chǎn)生操作過(guò)電壓；在操作過(guò)程中，如果斷路器發(fā)生電弧重燃，這將引起強(qiáng)烈的電磁振蕩，出現(xiàn)更高的操作過(guò)電壓。這一過(guò)電壓的幅值，與被操作的電力電容器的容量大小有關(guān)系，也與斷路器電弧重燃時(shí)觸頭間的電位差有關(guān)。在實(shí)際測(cè)試的結(jié)果中，在投切10 kV電力電容器組時(shí)，操作過(guò)電壓為正常值的1.5倍，沖擊電流最大為6倍。由此可見(jiàn)，對(duì)電力電容器的操作所引起的過(guò)電壓是對(duì)其安全運(yùn)行危害是極大的。這種故障現(xiàn)象在煤層氣電網(wǎng)的10 kV開(kāi)閉所電力電容器以及35 kV變電站電力電容器組中，還沒(méi)有發(fā)生過(guò)，因此引起的故障問(wèn)題不作為分析和研究的重點(diǎn)。

1.3 溫度對(duì)電容器的影響分析

溫度對(duì)電力電容器的影響是非常大的，一般情況下，電容器工作時(shí)，其內(nèi)部介質(zhì)的溫度應(yīng)低于65℃，最高不超過(guò)70℃，否則，就會(huì)造成過(guò)熱擊穿，或者發(fā)生電容器鼓肚現(xiàn)象。另外就是環(huán)境溫度的電容器影響，目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)設(shè)計(jì)的電容器周圍環(huán)境溫度一般在-25~40℃之間，環(huán)境溫度不超過(guò)40℃的要求，這在山西煤層氣電網(wǎng)中是很難做到的，一個(gè)是變電站和開(kāi)閉所大都建在山坳里，四處是山，太陽(yáng)直射；另一個(gè)就是為防止小動(dòng)物進(jìn)入和其他安全方面的要求，門窗嚴(yán)實(shí)，通風(fēng)不好。

過(guò)高的環(huán)境溫度會(huì)使電容器在工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量散不出去，使電容器進(jìn)一步加熱，這樣，內(nèi)外雙重作用，加速了電容器溫度的上升，從而加劇了電容器各元器件的老化，就很容易造成電容器故障。樊五集氣站開(kāi)閉所1#壓縮機(jī)補(bǔ)償柜內(nèi)電力電容器的鼓肚現(xiàn)象，經(jīng)分析就是這種原因造成的。起因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行巡視人員在對(duì)樊五集氣站開(kāi)閉所進(jìn)行正常的巡視過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)1#壓縮機(jī)補(bǔ)償柜內(nèi)電力電容器聲音異常，震動(dòng)聲音較大，經(jīng)過(guò)運(yùn)行方式的改變，進(jìn)行停電檢查，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)一部螺絲松動(dòng)，緊固加強(qiáng)后，又對(duì)電容器進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)A相電容器的電容量嚴(yán)重超標(biāo)，其測(cè)試的主要結(jié)果如表1所列。

表1 電容量檢測(cè)表

鑒于以上的測(cè)試結(jié)果，對(duì)照電力電容器運(yùn)行規(guī)程的要求，得出結(jié)論是：該項(xiàng)電容器的電容量指標(biāo)已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)，建議停止運(yùn)行，進(jìn)行更換。

1.4 諧波對(duì)電容器的影響

當(dāng)電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生一些畸形的變化時(shí)，這些非正弦波形可以用數(shù)字分析的方法分解成50 Hz的基波和數(shù)倍于基波頻率的高次諧波，基波和高次諧波的疊加就是這個(gè)畸形的波形。對(duì)電容器來(lái)講，一般不存在偶次倍數(shù)的諧波，另外，中性點(diǎn)不接地星形連接的電容組的相電流和三角型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次諧波的影響最大，也是限制的重點(diǎn)。高次諧波會(huì)使電容器產(chǎn)生過(guò)電流和過(guò)負(fù)荷，兩者超過(guò)的倍數(shù)并不一樣。同時(shí)，高次諧波電流所造成的電流波形畸變，遠(yuǎn)比電壓波形畸變嚴(yán)重得多。再者，電容器對(duì)諧波電壓的反應(yīng)比較敏感，在發(fā)生諧波共振的情況下，會(huì)造成電容器成倍的過(guò)負(fù)荷，嚴(yán)重地使電容器無(wú)法運(yùn)行直至損壞[4-5]。

2電容器故障的對(duì)策

2.1 電容器本體原因的對(duì)策

任何電器設(shè)備運(yùn)行的質(zhì)量首先決定于本身的制造水平，因此，對(duì)電力電容器的交貨驗(yàn)收以及正式投入運(yùn)行前的測(cè)試尤為重要。另外就是選擇信譽(yù)度高、制造規(guī)模比較大、行業(yè)內(nèi)的名牌產(chǎn)品。加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品廠家的考察和產(chǎn)品的抽查工作，從源頭上杜絕假冒、偽劣產(chǎn)品流入到正常的電網(wǎng)運(yùn)行中；強(qiáng)化電容器等設(shè)備、設(shè)施的交接驗(yàn)收和測(cè)試工作，一方面是到貨的初次驗(yàn)收，另一方面是施工過(guò)程中的質(zhì)量控制和施工完成后的全面測(cè)試。

2.2 操作過(guò)電壓的對(duì)策

雖然在煤層氣電網(wǎng)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)由于操作過(guò)電壓引起的電力電容器故障，但也應(yīng)加強(qiáng)這方面的預(yù)防工作，一方面煤層氣電網(wǎng)中的電力電容器都采用了真空斷路器來(lái)降低操作過(guò)電壓的影響，另一方面就是盡量減少電容器的投切次數(shù)。

2.3 溫度影響的對(duì)策

對(duì)于溫度過(guò)高對(duì)電容器的影響，主要是增強(qiáng)電容器室內(nèi)的通風(fēng)情況，為防止小動(dòng)物進(jìn)入室內(nèi)可以選用網(wǎng)狀的封堵方式，也可以增加一些降溫設(shè)施。再就是加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的巡視次數(shù)和檢查頻率，增長(zhǎng)開(kāi)門通風(fēng)的時(shí)間。

2.4 諧波影響的對(duì)策

對(duì)于系統(tǒng)中有諧波源，并且影響到電容器安全運(yùn)行時(shí)，應(yīng)首先對(duì)用戶采取相應(yīng)的有關(guān)措施來(lái)降低高次諧波分量，主要有：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、采用調(diào)諧電抗器、微電感電阻和濾波電容器等制成專用高次諧波濾波裝置。其次應(yīng)考慮由于電網(wǎng)系統(tǒng)中諧波的存在，所采取的有效方法，目前來(lái)說(shuō)，就有效的方法就是在電容器回路中串聯(lián)電抗器，現(xiàn)在煤層氣電網(wǎng)中35 kV變電站和10 kV開(kāi)閉所的電容器回路都串聯(lián)接入了電抗器，效果非常明顯。

3結(jié)束語(yǔ)

電力電容器的故障與本身的制造質(zhì)量及其控制、電網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)、電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)、外部的環(huán)境等因素有關(guān)，正確分析故障，提出注意的問(wèn)題和改進(jìn)的方法，進(jìn)而減少或杜絕故障的發(fā)生，更好地提高功率因素。降低電能損失、減少設(shè)備損壞，提高煤層氣電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，提升水電廠的服務(wù)形象，為進(jìn)一步開(kāi)拓新的供電服務(wù)市場(chǎng)創(chuàng)響水電品牌。

[1]王向臣，徐宏全，于長(zhǎng)永，等.電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2009.

[2]房金蘭.我國(guó)電力電容器技術(shù)的發(fā)展[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2010（1）：1-4.

[3]趙畹君，謝國(guó)恩，曾南超，等.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[4]汪佳.電網(wǎng)規(guī)劃中的三大關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2012.

[5]康重慶，夏清，劉梅．電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2008．

Fault Analysis and Countermeasures of Power Capacitor in CoalBed Gas Power

SHAOMing-ru1，LIYan-chao1，LIU Jian1，YANG Hong-wei1，WANG Gui-tian1，NAN Hua1，XUAN Guan-tao2，3
（1.Hydraulic Power Plants of Huabei Oilfield Company，Renqiu Hebei 062552，China；2.College ofMechanical and Electronic Engineering，Shandong Agricultural University，Tai’an Shandong 271018，China；3.Postdoctoral Station of crop science，College of Agronomy，Shandong Agricultural University，Tai’an Shandong 271018，China）

Since the opening and closing of coalbed gas power grid power capacitor the frequent fault，has brought great influence to the CBM production，but also to the hydropower plant service image caused by adverse consequences，the fault of the power capacitor although not caused by coal seam gas supply interruption and power outages caused by large area，but for the normal operation of the compressor and the economy loss is very big，therefore，we must solve the problem，find the problem fundamentally，propose solutions，and ultimately to be implemented.The reason for the frequent failure of the power capacitor is analyzed and dissected，and combined with the characteristics of Shanxi coal-bed gas grid to propose the reform program.

power capacitor；coalbed gas；voltage；operation

TM 53

A

1672-545X（2016）12-0196-03

2016-09-30

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：BS2015NY012）；山東農(nóng)業(yè)大學(xué)智能農(nóng)機(jī)裝備項(xiàng)目

邵明汝（1962-），男，山東人，中專，研究方向：繼電保護(hù)；玄冠濤（1979-），男，山東人，博士，講師，研究方向：機(jī)電自動(dòng)化。