冶海平+++方彬

摘 要：針對一起電壓差動保護動作引起的構(gòu)架式并聯(lián)電容器故障，通過電容器測試數(shù)據(jù)理論計算及電容單元實際解體分析指出故障原因，并對損壞電容單元進行更換處理使其恢復(fù)運行，同時從故障原因分析提出電容器選擇及運維方面的一些防范措施。

關(guān)鍵詞：構(gòu)架式；并聯(lián)電容器；故障分析

1 故障概況

330 kV某變電站35 kV3號電容器組在2013年9月21日運行中電壓差動保護動作，電容器組35 kV進線62開關(guān)緊急跳閘使故障電容器快速從系統(tǒng)中切除。3號電容器組為室外敞開構(gòu)架形式，故障前電容器組為雙星形不接地運行方式，一組電容由84個電容單元構(gòu)成，每相由28個電容單元串并聯(lián)組成，其中每12個電容單元三并四串后再與另一串三并四串電容組并聯(lián)組成一相。電容單元型號為：BAM12-334-1W，額定電壓為12 kV投運日期為2007年8月，生產(chǎn)廠家為西安西電電力電容器有限責(zé)任公司。電容器組的外部保護為電流平衡保護與電壓差動保護，內(nèi)部保護為熔斷器保護。本次故障中電流平衡保護未動作，其故障信號由35 kV3號電容器組C相電壓差動保護裝置發(fā)出，動作電壓為 0.93 V，電壓差動保護裝置設(shè)定電壓動作定值為0.8 V ，顯然此次故障電壓差已超過保護動作定值，經(jīng)檢查確認保護裝置信息正確。

2 故障檢查情況

2.1 試驗情況。故障電容器的接線原理圖1所示，電容器組各電容單元經(jīng)外觀檢查無漏油、鼓包、變形、開裂等異常現(xiàn)象，外觀良好，歷次試驗數(shù)據(jù)縱橫比較均無明顯變化趨勢，對3號電容器組進行了電容量、電感直流電阻，電感量、絕緣電阻測試工作，測試數(shù)據(jù)均在《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》和《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定合格范圍內(nèi)。本次測試中電容量標(biāo)準(zhǔn)負偏差最大絕對值為3.63，負偏差最小絕對值為0.65，無正偏差數(shù)據(jù)，對A、B、C相電容單元電容量測試數(shù)據(jù)與其他兩相及歷次試驗數(shù)據(jù)縱橫比較，發(fā)現(xiàn)C相第22號電容單元電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差較其他單元有明顯負變化趨勢，測試數(shù)據(jù)中A、B相數(shù)據(jù)均無明異常，現(xiàn)將故障C相各單元電容量標(biāo)稱值、本次測試值及標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)列表如下（見表1）。

2.2電容單元解體檢查情況。對電容量標(biāo)準(zhǔn)負偏差絕對值較明顯的22號電容單元進行了解體檢查如圖2所示，其內(nèi)部由多個電容元件、熔絲、放電電阻、油紙絕緣、絕緣附件等構(gòu)成，對電容元件從上向下逐個檢查發(fā)現(xiàn)第二片電容元件熔絲完全熔斷，圖中白色方框區(qū)域為損壞電容元件，該熔絲的可靠熔斷快速切除了故障電容元件，從而有效避免故障進一步擴大化。對損壞電容元件進一步解體檢查，該元件由兩張鋁箔極板中間夾多層聚丙烯薄膜繞卷壓平而成，展開鋁箔和聚丙烯薄膜發(fā)現(xiàn)內(nèi)部幾層膜上有明顯的電擊穿點，該擊穿點損壞了兩極板間的絕緣性能，擊穿電流使該元件熔絲快速熔斷。

3 故障原因分析及處理

3.1 電容器故障原因分析

本電容器電壓差動保護是通過檢測同相電容兩串聯(lián)段上的電壓作比較。設(shè)備正常運行時，電容兩段的容抗大小相等，各自所承受的電壓相等，因此其電壓差約等于零。而當(dāng)C相22號電容單元中電容元件擊穿損壞導(dǎo)致整個電容器單元的總電容量偏小，使故障段的電容容抗發(fā)生變化，由于電容分壓中電壓和電容量呈反比關(guān)系，電容單元電容變小導(dǎo)致故障段電容承受的電壓變大，使兩段承受電壓不再相等而產(chǎn)生一個電壓差ΔU，當(dāng)ΔU超過保護定值時保護裝置動作發(fā)出跳閘指令使開關(guān)斷開。

故障電容單元內(nèi)部接線為15并3串方式，對電容單元內(nèi)部三組電容元件進行了電容量測試，測試數(shù)據(jù)分別為81.801μF、86.964μF、85.246μF，明顯看出第一組數(shù)據(jù)偏低很多，由內(nèi)部接線方式可以估算出一個電容元件損壞引起整個電容單元標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小，一個電容原件平均電容量為5.79μF，則15個元件并聯(lián)后電容量為86.85μF，其三串元件的總電容量值為28.95μF，若去除損壞元件后單元總電容值為28.26μF，則電容標(biāo)準(zhǔn)偏差為-2.4%，這是理論計算所得數(shù)據(jù)，但實際測試時綜合考慮各誤差影響后計算的標(biāo)準(zhǔn)偏差會超過-3%，因此當(dāng)電容器單元標(biāo)準(zhǔn)偏差趨向或超過-3%時應(yīng)引起重視。

本次故障中導(dǎo)致62開關(guān)動作的原因是由于22號電容單元中電容元件損壞導(dǎo)致的，那么是什么原因?qū)е码娙輪卧獌?nèi)部出現(xiàn)擊穿損壞的呢？一般情況下電容器裝置內(nèi)部故障是由于制造工藝、質(zhì)量缺陷、絕緣老化、過電壓等原因，使其中一個或幾個內(nèi)部元件擊穿引起的。電容器在生產(chǎn)過程中油紙絕緣、油膜絕緣、絕緣附件、絕緣漆等在沒有嚴格的真空干燥和浸漬處理情況下，導(dǎo)致其內(nèi)部存在微量的水份和氣體存在，在長期運行中電容內(nèi)部溫度慢慢升高使電容元件內(nèi)部析出氣體，由于ε油膜>ε氣體，那么在同一電場作用下E油膜

根據(jù)以上測得的C相電容器單元電容量數(shù)據(jù)以及一次系統(tǒng)電壓、電感感抗值進行計算驗證22號電容單元內(nèi)部元件擊穿導(dǎo)致保護裝置動（計算中電感及電容的電阻影響不大則忽略不計），將圖1進一步簡化后得到圖3所示。

圖3 330 kV某變電站3號電容器組簡化接線原理圖

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)計算得：

C1=44.12μF C2=43.68μF

C3=58.93μF C4=58.96μF

電容器組上的電壓：

（1）

帶入數(shù)據(jù)得：UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側(cè)電壓差為：

（2）

其中K=110 （3）

帶入數(shù)據(jù)得：

ΔU12=9.7640 V

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應(yīng)可靠動作，因此造成62開關(guān)跳閘動作，理論保護動作與實際開關(guān)跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標(biāo)稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標(biāo)準(zhǔn)偏差為-0.13%，符合規(guī)程規(guī)定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側(cè)電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數(shù)據(jù)得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F(xiàn)象，到目前為止運行正常。

4 小結(jié)

本次并聯(lián)電容器故障中測得電容器單元電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差符合《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定值（單臺電容器電容量與額定標(biāo)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中規(guī)定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應(yīng)該以《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中的電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差合格要求依據(jù)，判定22號電容單元超出合格范圍，應(yīng)立即處理。

5 結(jié)束語

對于電容單元由于制造工藝及質(zhì)量問題導(dǎo)致的內(nèi)部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應(yīng)如何防范發(fā)生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩(wěn)定運行水平。

（1）應(yīng)選擇性能優(yōu)良，質(zhì)量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關(guān)制造工藝工序，驗收時應(yīng)落實各項驗收大綱規(guī)定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發(fā)現(xiàn)電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內(nèi)部有異常放電聲等不良工況時應(yīng)立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，對于試驗值接近標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍值時應(yīng)加強跟蹤監(jiān)測，對于試驗值超過準(zhǔn)偏差范圍值時立即應(yīng)進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當(dāng)本單位執(zhí)行的規(guī)程要求與電容器技術(shù)文件或出廠要求規(guī)定值不一致時，應(yīng)按嚴格要求執(zhí)行，合理正確診斷設(shè)備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].

[3]吳萬軍.并聯(lián)電容器組故障分析及保護配置[J].電力學(xué)報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應(yīng)可靠動作，因此造成62開關(guān)跳閘動作，理論保護動作與實際開關(guān)跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標(biāo)稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標(biāo)準(zhǔn)偏差為-0.13%，符合規(guī)程規(guī)定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側(cè)電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數(shù)據(jù)得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F(xiàn)象，到目前為止運行正常。

4 小結(jié)

本次并聯(lián)電容器故障中測得電容器單元電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差符合《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定值（單臺電容器電容量與額定標(biāo)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中規(guī)定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應(yīng)該以《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中的電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差合格要求依據(jù)，判定22號電容單元超出合格范圍，應(yīng)立即處理。

5 結(jié)束語

對于電容單元由于制造工藝及質(zhì)量問題導(dǎo)致的內(nèi)部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應(yīng)如何防范發(fā)生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩(wěn)定運行水平。

（1）應(yīng)選擇性能優(yōu)良，質(zhì)量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關(guān)制造工藝工序，驗收時應(yīng)落實各項驗收大綱規(guī)定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發(fā)現(xiàn)電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內(nèi)部有異常放電聲等不良工況時應(yīng)立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，對于試驗值接近標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍值時應(yīng)加強跟蹤監(jiān)測，對于試驗值超過準(zhǔn)偏差范圍值時立即應(yīng)進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當(dāng)本單位執(zhí)行的規(guī)程要求與電容器技術(shù)文件或出廠要求規(guī)定值不一致時，應(yīng)按嚴格要求執(zhí)行，合理正確診斷設(shè)備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].

[3]吳萬軍.并聯(lián)電容器組故障分析及保護配置[J].電力學(xué)報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應(yīng)可靠動作，因此造成62開關(guān)跳閘動作，理論保護動作與實際開關(guān)跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標(biāo)稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標(biāo)準(zhǔn)偏差為-0.13%，符合規(guī)程規(guī)定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側(cè)電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數(shù)據(jù)得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F(xiàn)象，到目前為止運行正常。

4 小結(jié)

本次并聯(lián)電容器故障中測得電容器單元電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差符合《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》規(guī)定值（單臺電容器電容量與額定標(biāo)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中規(guī)定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應(yīng)該以《DLT 840-2003 高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件》中的電容量標(biāo)準(zhǔn)偏差合格要求依據(jù)，判定22號電容單元超出合格范圍，應(yīng)立即處理。

5 結(jié)束語

對于電容單元由于制造工藝及質(zhì)量問題導(dǎo)致的內(nèi)部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應(yīng)如何防范發(fā)生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩(wěn)定運行水平。

（1）應(yīng)選擇性能優(yōu)良，質(zhì)量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關(guān)制造工藝工序，驗收時應(yīng)落實各項驗收大綱規(guī)定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發(fā)現(xiàn)電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內(nèi)部有異常放電聲等不良工況時應(yīng)立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，對于試驗值接近標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍值時應(yīng)加強跟蹤監(jiān)測，對于試驗值超過準(zhǔn)偏差范圍值時立即應(yīng)進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當(dāng)本單位執(zhí)行的規(guī)程要求與電容器技術(shù)文件或出廠要求規(guī)定值不一致時，應(yīng)按嚴格要求執(zhí)行，合理正確診斷設(shè)備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯(lián)電容器使用技術(shù)條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].

[3]吳萬軍.并聯(lián)電容器組故障分析及保護配置[J].電力學(xué)報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint