一起10 kV并聯(lián)電容器橫差動(dòng)作原因分析及防范措施

徐友剛，黃　怡，沈　峰，徐　萍，陸敏安

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上?！?01700)

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一起10 kV并聯(lián)電容器橫差動(dòng)作原因分析及防范措施

徐友剛，黃怡，沈峰，徐萍，陸敏安

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海201700)

介紹了某35 kV變電站發(fā)生的一起10 kV電容器組橫差動(dòng)作故障。通過現(xiàn)場(chǎng)檢查、診斷性試驗(yàn)和電容器解體分析等方法對(duì)故障進(jìn)行分析總結(jié)。查找出故障原因是部分電容器存在芯子與引線間絕緣薄弱、放電電阻設(shè)置不合理和元件繞制皺褶多等問題，不能夠承受過電壓沖擊。針對(duì)這些問題，提出了防止類似故障再次發(fā)生的措施，對(duì)今后電容器組的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)維具有一定的參考價(jià)值。

橫差動(dòng)作；放電電阻；皺褶；防范措施

在電力系統(tǒng)中，以并聯(lián)電容器補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率是無功補(bǔ)償?shù)闹饕问健２⒙?lián)電容器能夠有效提高系統(tǒng)功率因數(shù)，改善電壓品質(zhì)，減少線路損耗，提高電網(wǎng)輸送能力，保證發(fā)電機(jī)的出力和設(shè)備的運(yùn)行能力，對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義[1-4]。本文以某35 kV變電站10 kV 2號(hào)電容器甲組橫差動(dòng)作為研究對(duì)象，對(duì)故障電容器進(jìn)行試驗(yàn)和解體分析，提出防范類似故障發(fā)生的有效措施。

1　概述

并聯(lián)電容器組的接線方式有三角形和星形兩種。三角形接線方式目前只在380 V配電系統(tǒng)中有少量使用。星形接線方式接線簡(jiǎn)單，能夠有效降低電容器損壞時(shí)故障電流，廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)的系統(tǒng)。雙星形接線方式是將兩組電容量相等的星形接線的中性點(diǎn)相互連接而成。在正常情況下三相平衡，兩組星形中性點(diǎn)之間無電流流過。當(dāng)其中的一臺(tái)電容器內(nèi)部某個(gè)串聯(lián)元件被擊穿時(shí), 中性點(diǎn)電壓不等, 中性點(diǎn)間流過不平衡電流。如果電容器擊穿率達(dá)到一定程度, 中性點(diǎn)電流橫差(不平衡)保護(hù)動(dòng)作, 切斷電容器組[5-8]。

表2　抽樣電容器診斷性試驗(yàn)報(bào)告

注：試驗(yàn)天氣：晴；溫度：33℃；濕度：67%

圖1　某變電站10 kV 2號(hào)電容器一次接線圖

2　故障情況

2012年8月13日15時(shí)25分，該變電站10 kV 2號(hào)電容器甲組橫差動(dòng)作。專業(yè)人員對(duì)故障進(jìn)行初步檢查發(fā)現(xiàn)，甲組電容器的18根熔斷器中已有15根已被熔斷，并且部分熔斷器存在大電流沖擊暴熔現(xiàn)象。電容器組柜門、電容器接線樁頭及電容器殼體上留有熔斷器被熔斷后反彈觸碰的放電燒黑痕跡。利用電容電感測(cè)試儀對(duì)該電容器組的18臺(tái)電容器進(jìn)行電容量測(cè)試，發(fā)現(xiàn)A相6號(hào)電容器，B相2號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)電容器以及C相3號(hào)、4號(hào)、6號(hào)電容器的電容值已超過標(biāo)準(zhǔn)(電容值標(biāo)準(zhǔn)誤差為：±5%)，認(rèn)為這些電容器已經(jīng)發(fā)生貫穿性擊穿，詳細(xì)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。對(duì)該回路的電壓互感器、避雷器、電抗器和放電線圈等設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常問題。

表1　10 kV 2號(hào)電容器甲組故障電容器電容值

3　故障分析

通過查閱該變電站調(diào)度設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)：該站在下午13時(shí)55分，商3沈巷線A、B、C三相前加速動(dòng)作，開關(guān)跳閘，重合閘成功。15時(shí)25分，商3沈巷線A、B、C三相前加速又一次動(dòng)作，開關(guān)跳閘，重合閘成功。同時(shí)，10 kV 2號(hào)電容器甲組橫差保護(hù)動(dòng)作，熔斷器群爆，電容器群損。因此可以分析故障原因如下：線路外部故障造成電容器過壓，有缺陷的電容器不能承受過壓，造成電容器某一串聯(lián)段被擊穿后，其余串聯(lián)段電容連續(xù)擊穿短路引起電容器外熔斷器動(dòng)作；熔斷器的尾線被彈出后與柜門和外殼接觸形成對(duì)地短路；熔斷器尾線與外殼和柜門接觸也并非牢固接觸放電，使其它各相電容器的瞬間承受較高電壓，大量熔斷器被熔斷，電容器被擊穿。選取兩臺(tái)電容值正常(B1、C2)和兩臺(tái)電容值異常(A6、B4)的電容器進(jìn)行診斷性試驗(yàn)[9]，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

4　電容器解體分析

故障電容器采用不銹鋼外殼，箱蓋一體式瓷套，凸極式元件，無內(nèi)熔絲，內(nèi)置放電電阻。為了進(jìn)一步對(duì)故障進(jìn)行分析，選取兩臺(tái)發(fā)生貫穿性擊穿的電容器(A6、B4)進(jìn)行解體分析。

(1)電容器芯子外絕緣

電容器芯子外絕緣采用21層電纜紙和絕緣油絕緣。連接導(dǎo)線外包封為4層0.1 mm電纜紙，一端連接導(dǎo)線跨過芯子其余三個(gè)串聯(lián)段的端面，導(dǎo)線與端面間加一層0.5 mm絕緣紙板，如圖2所示。此結(jié)構(gòu)導(dǎo)線外包封絕緣強(qiáng)度差，走線復(fù)雜，兩個(gè)引出線存在交叉，容易造成連接導(dǎo)線和不同電位串聯(lián)段的擊穿，以及不同電位的連接導(dǎo)線間擊穿。對(duì)電容器A6芯子外絕緣檢查結(jié)果為：外包絕緣完整，內(nèi)部絕緣油清澈，芯子外部不存在損壞痕跡，保留芯子，未進(jìn)一步拆分。對(duì)電容器B4芯子外絕緣檢查結(jié)果為，外包絕緣完好，內(nèi)部絕緣油發(fā)黑，芯子外部可見明顯的四個(gè)擊穿點(diǎn)，兩個(gè)擊穿點(diǎn)較小，兩個(gè)擊穿點(diǎn)已嚴(yán)重碳化(見圖3)。

圖2　電容器A6芯子外絕緣

圖3　電容器B4芯子外觀圖

(2)電容器放電電阻

電容器放電電阻置于芯子兩個(gè)端子之間，如圖4，圖5所示。電容器元件散熱主要沿端面鋁箔，把放電電阻設(shè)置于芯子端面鋁箔上嚴(yán)重阻礙元件散熱。同時(shí)放電電阻發(fā)熱量大，進(jìn)一步加劇了元件的過熱，加速電容器老化速度。

圖4　電容器B4放電電阻放置位置

圖5　電容器B4放電電阻

(3)芯子與元件

芯子采用4并4串結(jié)構(gòu)(先并聯(lián)后串聯(lián))，芯子尺寸為362 mm×95 mm×300 mm，如圖6所示。測(cè)量芯子電容量為10.87 μF，4個(gè)串聯(lián)段電容值分別為：無、32.7、32.5、32.6μF。可見芯子的第一個(gè)串聯(lián)段發(fā)生擊穿，其它串聯(lián)段完好。每個(gè)串聯(lián)段的4個(gè)元件采用2層膜結(jié)構(gòu)，通過解體分析發(fā)現(xiàn)元件端面皺褶多，電場(chǎng)分布不均勻。元件內(nèi)包圈薄弱(僅為90mm)，不同電位的兩個(gè)極板間很容易發(fā)生擊穿。第一個(gè)串聯(lián)段的4個(gè)元件電容值分別為：7.90、無、8.02、8.09μF，擊穿元件如圖6，圖7所示。

圖6　電容器B4的擊穿元件

圖7　電容器B4的元件內(nèi)包圈

因此，可以推斷電容器B4故障發(fā)展過程如下：第1個(gè)串聯(lián)段的第2個(gè)元件的故障點(diǎn)外表面皺褶多，絕緣相對(duì)薄弱，元件在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓作用下，絕緣進(jìn)一步變差。合閘瞬間，在沖擊電壓作用下下元件被擊穿。

5　防范措施

并聯(lián)電容器群損是一種嚴(yán)重故障，它的發(fā)生嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的供電可靠性。針對(duì)該型號(hào)電容器組的故障可以采取以下措施：

(1)針對(duì)電容器的芯子外絕緣強(qiáng)度差、走線復(fù)雜和引出線存在交叉問題，可以改進(jìn)走線設(shè)計(jì)、降低電容器的工作場(chǎng)強(qiáng)，提高運(yùn)行可靠性。

(2)針對(duì)放電電阻設(shè)計(jì)與放置不合理問題，更改電容器放電電阻的設(shè)計(jì)，采用每個(gè)串聯(lián)段單獨(dú)放置放電電阻，將放電電阻的發(fā)熱分散，以改善電容器的絕緣性能。

(3)針對(duì)電容器元件內(nèi)包圈皺褶問題，生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制電容器卷制工藝，減少元件的皺褶，提高極間擊穿場(chǎng)強(qiáng)。

(4)加強(qiáng)產(chǎn)品入網(wǎng)檢查、設(shè)備日常巡視、例行性試驗(yàn)和在線監(jiān)測(cè)，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行過程中的異常問題及早發(fā)現(xiàn)，防止故障進(jìn)一步惡化。

(5)對(duì)發(fā)生故障電容器組進(jìn)行整改更換，進(jìn)一步完善防止電容器熔斷器群爆措施，自故障發(fā)生至今，該電容器組運(yùn)行平穩(wěn)。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)其他變電站的該類型電容器跟蹤巡視。

[1]張利生.高壓并聯(lián)電容器運(yùn)行及維護(hù)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2006.

[2]王合貞.高壓并聯(lián)電容器無功補(bǔ)償實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2006.

[3]周永寶,沈偉,汪軍,等.無功補(bǔ)償用BAM型與BEF型高壓并聯(lián)電容器分析[J].華東電力,2011,39(10):53-54.

ZHOU Yong-bao, SHEN Wei, WANG Jun, et al. Analysis and comparison of the reactive compensation BAM-type and BFF-Type HV shunt capacitors[J]. East China Electric Power, 2011，39 (10)：53-54．

[4]DL/T 840-2003，高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件[S].行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—電力(CSIC—DL),2003.

[5]董俊虎,付煒平,尹子會(huì).一起35kV電容器組故障原因分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2013,34(3):59-66.

DONG Jun-hu, FU Wei-ping, YIN Zi-hui. Fault analysis on 35 kV capacitor bank[J]. Power Capacitor $ Reactive Power Compensation,2013,34(3):59-66.

[6]劉勛,王麗君,馬俊民,等.電容器組不平衡保護(hù)動(dòng)作原因分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(17):122-124.

LIU Xun, WANG Li-jun, MA Jun-min, et al. Analysis of the unbalanced protection on capacitor bank[J]. Relay,2009,37(17):122-124.

[7]楊程.10 kV并聯(lián)電容器組內(nèi)部元件擊穿的過電壓仿真研究[J].電力科學(xué)與工程，2011,27(12):32-35.

YANG Cheng. Simulation and research on over-voltage by components breakdown of 10 kV shunt capacitor[J]. Power Science and Engineering,2011,27(12):32-35.

[8]吳媛媛.一起電力電容器頻繁故障跳閘的原因分析與探討[J].廣西電業(yè),2012,145：77-79.

[9]吳鈞,董華亭.電氣試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2008.

(本文編輯：嚴(yán)加)

Fault Analysis and Preventive Measures on 10 kV Shunt Capacitor

XU You-gang，HUANG Yi，SHEN Feng, XU Ping, LU Minan

(Qingpu Power Supply Company, Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 201700，China)

This paper introduces the differential protection action of the 10 kV shut capacitor in a 35 kV substation. The comprehensive analysis is made from such aspects as site inspection, diagnostic testing and the capacitor′s disassembly etc. The reason of the fault is found to be the weak insulation between core and wire, the unreasonable setting of the discharge resistor and the folds of the components′ skin in the damaged capacitor. The improvement measures are proposed to prevent the similar problems. It′s also valuable to the shut capacitor′s design, manufacture and operation in the future.

differential protection action; discharge resistor; folds; improvement measure

10.11973/dlyny201604027

徐友剛(1985)，男，工程師，從事變電修試工作。

TM531.4

A

2095-1256(2016)04-0521-04

2016-04-18