梁流銘, 馬麗軍, 賴靖胤, 趙魯臻, 陳 烽

國家電網(wǎng)浙江省電力公司 寧波供電公司 浙江寧波 315000

1 故障情況

2016年9月15日，檢修人員在對某220kV變電所紅外巡檢時，發(fā)現(xiàn)耦合電容器C相上節(jié)(LI01)整體發(fā)熱，溫度明顯高于下節(jié)(LI02)，如圖1所示。為了準(zhǔn)確診斷，檢修人員利用顯著差異分析法，將耦合電容器上下節(jié)紅外數(shù)據(jù)繪制成溫度曲線圖，如圖2所示[1]。從圖2中可以看出，耦合電容器C相上節(jié)與下節(jié)溫差達(dá)到4℃，最高溫差為4.6℃。

圖1 耦合電容器紅外譜圖

圖2 耦合電容器溫度曲線

2 故障分析

2.1 耦合電容器介紹

耦合電容器是電力網(wǎng)絡(luò)中用于傳遞信號的電容器，主要用于工頻高壓及超高壓交流輸電線路中，以實(shí)現(xiàn)載波、通信、測量、控制、保護(hù)及抽取電能等目的。耦合電容器與高壓輸電線路及收發(fā)信機(jī)的連接原理如圖3所示[2-4]。

電容器容抗XC的計(jì)算公式為：

(1)

式中：f為電流頻率；C為電容器容量；ω為相角。

耦合電容器容抗大小取決于電流頻率和電容器容量。耦合電容器的電容量一般很小，而高頻載波信號通常使用的頻率范圍為30kHz～500kHz，因此對于50Hz的工頻而言，耦合電容器呈現(xiàn)的阻抗是高頻信號呈現(xiàn)阻抗值的600～1000 倍，基本上相當(dāng)于電路開路，而對于高頻信號而言，則相當(dāng)于電路短路。因此，耦合電容器只有高頻電流可以順利通過[5-9]。

圖3 耦合電容器連接原理圖

2.2 帶電檢測

從圖2可以看出，溫差較小時只有2.1℃，未達(dá)到嚴(yán)重的情況。因此檢修人員沒有申請停電處理，而是對此設(shè)備做全面檢測，防止因盲目停電而影響電網(wǎng)安全運(yùn)行和供電可靠率。檢修人員對濾波器、高頻電纜、收發(fā)信號機(jī)及高頻通道進(jìn)行了全面檢查，均無異常，再測量流過耦合電容器的電流，通過計(jì)算電容器的電容量來判斷耦合電容器電容是否正常。

電流和電容量計(jì)算式分別為：

(2)

(3)

式中：U為系統(tǒng)相電壓。

由式(3)可知，只要測量流過耦合電容器的電流，知道運(yùn)行系統(tǒng)的相電壓，就可以計(jì)算出耦合電容器的實(shí)測電容量。再計(jì)算實(shí)測電容值與額定值Ce的相對誤差，若誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，就可以排除由于電容異常而引起溫度過高；若誤差超出規(guī)定范圍，就應(yīng)盡快安排停電檢測[4]，防止事故隱患進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致電網(wǎng)事故。

帶電檢測時，工作人員要向調(diào)度申請短暫停用高頻保護(hù)裝置，并合上濾波器的接地開關(guān)。批準(zhǔn)后檢修人員用鉗形電流表測量耦合電容器接地線上的工作電流I=216mA，從變電所監(jiān)控系統(tǒng)顯示器可以看出，當(dāng)時系統(tǒng)線電壓為228kV，因此其相電壓約為132kV，由此可以計(jì)算出電容量：

電容相對偏差Δ為：

按照DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，當(dāng)偏差超過-5%～10%范圍時，應(yīng)停電進(jìn)行試驗(yàn)[10]。實(shí)際相對誤差為6.73%，未超過注意值范圍，但耦合電容器的電容值較初始值有較大增長，其當(dāng)前試驗(yàn)值接近注意值的趨勢明顯，建議加強(qiáng)跟蹤監(jiān)測，在條件允許的情況下，可以停電做進(jìn)一步檢測和診斷。

2.3 停電試驗(yàn)

工作人員將帶電檢測情況匯報(bào)調(diào)度。2016年9月19日停電檢修時，試驗(yàn)人員對耦合電容器做了例行試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目有絕緣電阻值、介質(zhì)損耗正切值tanδ和電容值。絕緣電阻值都在合格范圍內(nèi)，介質(zhì)損耗正切值和電容值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)(非22℃值均換算至22℃值)見表1。從表1中可以看出：2005年6月投產(chǎn)至2009年6月，介質(zhì)損耗正切值和電容值數(shù)據(jù)有微弱變化，但都在合格的范圍內(nèi)；2016年9月19日測量上節(jié)耦合電容器電容比上次測量值增大了5.99%，介質(zhì)損耗正切值則由2016年6月18日的0.19%增大到2016年9月19日的0.63%，增幅達(dá)到232%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)定值，需要進(jìn)一步解體檢查、分析及處理。

2.4 解體檢查及處理

檢修人員對上節(jié)耦合電容器解體后，發(fā)現(xiàn)第4片電容和第5片電容的連接片已經(jīng)脫焊，并有明顯的放電痕跡，且上節(jié)耦合電容器瓷套和法蘭膠裝部位的防水密封膠出現(xiàn)裂痕。

造成這一故障的主要原因是沿海地區(qū)鹽霧污染，加上長期運(yùn)行缺乏有效維護(hù)，導(dǎo)致耦合電容器瓷套和法蘭膠裝部位的防水密封膠出現(xiàn)腐蝕老化，造成電容器內(nèi)部進(jìn)水受潮，從而導(dǎo)致介質(zhì)損耗大幅增大，電容由于受潮，泄漏電流增大，導(dǎo)致放電現(xiàn)象。造成這一故障的其它原因有：① 電容器出廠時，瓷套和法蘭的膠裝部位沒有清洗干凈，直接涂防水密封膠，經(jīng)長期運(yùn)行后開裂進(jìn)水受潮；② 耦合電容器在出廠時焊接部位未妥善處理，加之長時間運(yùn)行老化，在焊接部位出現(xiàn)放電現(xiàn)象；③ 在出廠時可能存在由于材料、設(shè)計(jì)、工藝等共性因素導(dǎo)致的設(shè)備缺陷，即生產(chǎn)工藝缺陷。

表1 介質(zhì)損耗及電容量測試數(shù)據(jù)

3 處理方案

清除放電痕跡，再清潔內(nèi)部各部件，最后在焊接脫落處重新進(jìn)行磷低溫銅焊處理。內(nèi)部干燥后再裝復(fù)，瓷套和法蘭膠裝部位重涂防水密封膠。

對大修后的耦合電容器進(jìn)行絕緣電阻值、介質(zhì)損耗正切值、泄漏電流和交流耐壓試驗(yàn)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，然后投運(yùn)。投運(yùn)后跟蹤監(jiān)測耦合電容器0.5年，未發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，設(shè)備正常運(yùn)行。

4 檢修流程建議

(1) 紅外檢測技術(shù)作為電氣設(shè)備狀態(tài)檢修和故障診斷的一種手段是非常有效的。當(dāng)紅外檢測數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)結(jié)合其它帶電檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，必要時可以申請停電處理，利用停電試驗(yàn)和診斷性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷。

(2) 對于耦合電容器帶電檢測試驗(yàn)，除了常規(guī)的紅外檢測外，建議還可以測量末端容性電流，必要時可以考慮做容性設(shè)備的局部放電測試，進(jìn)行綜合分析和判斷。

(3) 對處于嚴(yán)寒地區(qū)、重污穢E級或沿海D級地區(qū)、運(yùn)行10年以上的耦合電容器，應(yīng)結(jié)合例行試驗(yàn)對瓷套法蘭膠裝部位防水層完好情況進(jìn)行檢查，必要時應(yīng)重涂防水密封膠。

(4) 建議有條件的單位定期開展各種帶電檢測，評估設(shè)備狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，避免隱患惡化導(dǎo)致電力事故。

5 結(jié)束語

介紹了一起運(yùn)行中耦合電容器故障分析診斷處理過程，分別通過紅外檢測、帶電檢測、停電試驗(yàn)和解體檢查等方法，逐步排查了該耦合電容器的內(nèi)部故障，確認(rèn)了故障原因。建議有條件的單位定期開展各種帶電檢測，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，避免電力事故的發(fā)生。

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