徐友剛，黃　怡，沈　峰，徐　萍，陸敏安

(國網(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)電容器橫差動作原因分析及防范措施

徐友剛，黃怡，沈峰，徐萍，陸敏安

(國網(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電容器組橫差動作故障。通過現(xiàn)場檢查、診斷性試驗和電容器解體分析等方法對故障進行分析總結(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。針對這些問題，提出了防止類似故障再次發(fā)生的措施，對今后電容器組的設(shè)計、制造和運維具有一定的參考價值。

橫差動作；放電電阻；皺褶；防范措施

在電力系統(tǒng)中，以并聯(lián)電容器補償電網(wǎng)的無功功率是無功補償?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)電機的出力和設(shè)備的運行能力，對電力系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要意義[1-4]。本文以某35 kV變電站10 kV 2號電容器甲組橫差動作為研究對象，對故障電容器進行試驗和解體分析，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單，能夠有效降低電容器損壞時故障電流，廣泛應(yīng)用于各種電壓等級的系統(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相互連接而成。在正常情況下三相平衡，兩組星形中性點之間無電流流過。當(dāng)其中的一臺電容器內(nèi)部某個串聯(lián)元件被擊穿時, 中性點電壓不等, 中性點間流過不平衡電流。如果電容器擊穿率達到一定程度, 中性點電流橫差(不平衡)保護動作, 切斷電容器組[5-8]。

表2　抽樣電容器診斷性試驗報告

注：試驗天氣：晴；溫度：33℃；濕度：67%

圖1　某變電站10 kV 2號電容器一次接線圖

2　故障情況

2012年8月13日15時25分，該變電站10 kV 2號電容器甲組橫差動作。專業(yè)人員對故障進行初步檢查發(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。利用電容電感測試儀對該電容器組的18臺電容器進行電容量測試，發(fā)現(xiàn)A相6號電容器，B相2號、4號、5號、6號電容器以及C相3號、4號、6號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，詳細測試數(shù)據(jù)如表1所示。對該回路的電壓互感器、避雷器、電抗器和放電線圈等設(shè)備進行試驗，未發(fā)現(xiàn)異常問題。

表1　10 kV 2號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)備運行數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)：該站在下午13時55分，商3沈巷線A、B、C三相前加速動作，開關(guān)跳閘，重合閘成功。15時25分，商3沈巷線A、B、C三相前加速又一次動作，開關(guān)跳閘，重合閘成功。同時，10 kV 2號電容器甲組橫差保護動作，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作；熔斷器的尾線被彈出后與柜門和外殼接觸形成對地短路；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。選取兩臺電容值正常(B1、C2)和兩臺電容值異常(A6、B4)的電容器進行診斷性試驗[9]，試驗結(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。為了進一步對故障進行分析，選取兩臺發(fā)生貫穿性擊穿的電容器(A6、B4)進行解體分析。

(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)線外包封絕緣強度差，走線復(fù)雜，兩個引出線存在交叉，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，未進一步拆分。對電容器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擊穿點，兩個擊穿點較小，兩個擊穿點已嚴(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。同時放電電阻發(fā)熱量大，進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。測量芯子電容量為10.87 μF，4個串聯(lián)段電容值分別為：無、32.7、32.5、32.6μF?？梢娦咀拥牡谝粋€串聯(lián)段發(fā)生擊穿，其它串聯(lián)段完好。每個串聯(lián)段的4個元件采用2層膜結(jié)構(gòu)，通過解體分析發(fā)現(xiàn)元件端面皺褶多，電場分布不均勻。元件內(nèi)包圈薄弱(僅為90mm)，不同電位的兩個極板間很容易發(fā)生擊穿。第一個串聯(lián)段的4個元件電容值分別為：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個串聯(lián)段的第2個元件的故障點外表面皺褶多，絕緣相對薄弱，元件在長期運行電壓作用下，絕緣進一步變差。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。針對該型號電容器組的故障可以采取以下措施：

(1)針對電容器的芯子外絕緣強度差、走線復(fù)雜和引出線存在交叉問題，可以改進走線設(shè)計、降低電容器的工作場強，提高運行可靠性。

(2)針對放電電阻設(shè)計與放置不合理問題，更改電容器放電電阻的設(shè)計，采用每個串聯(lián)段單獨放置放電電阻，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，提高極間擊穿場強。

(4)加強產(chǎn)品入網(wǎng)檢查、設(shè)備日常巡視、例行性試驗和在線監(jiān)測，對于設(shè)備運行過程中的異常問題及早發(fā)現(xiàn)，防止故障進一步惡化。

(5)對發(fā)生故障電容器組進行整改更換，進一步完善防止電容器熔斷器群爆措施，自故障發(fā)生至今，該電容器組運行平穩(wěn)。同時加強對其他變電站的該類型電容器跟蹤巡視。

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(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