10kV并联电容器组的故障分析及应对措施

广西桂东电力股份有限公司 廖继庭

随着我国电网的发展和电容器制造水平的提高，并联电容器已广泛应用于电力系统的无功补偿。并联电容器作为一种静止的无功补偿设备，它的主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数。其安全性和可靠性，对于电网的安全经济运行具有十分重要的意义。10kV并联电容器是电网中广泛应用，并且量大面广的电气设备，其安全运行对提高电网的功率因数，降低线路损耗，对电网安全，减少网络传输的电能损耗，提高电源质量和稳定性均起着十分重要的作用。本文结合本人工作中的运行经验，运用案例分析的方法，对10kV并联电容器组的故障探讨如下。

一、电容器渗漏

1、故障原因

10kV并联电容器在使用中发生渗漏是严重影响电容器正常运行和使用寿命的因素。电容器渗漏原因大致可归纳为以下几点:①渗漏油故障。并联电容器渗漏油是一种最常见的异常现象,渗漏油的主要原因是:出厂产品质量不良,运行维护不当,长期运行缺乏维修,外皮生锈腐蚀等。②电容器外壳膨胀。其主要原因是: ①在高电场作用下,电容器内部绝缘发生游离而分解出气体；②部分元件击穿,电极对外壳放电,密封外壳内部对外压差逐渐增大。此乃电容器故障征兆,应及时处理,以避免故障蔓延、扩大。③电容器温升过高。主要原因是电容器过电流和通风条件差。例如电容器室外安装不合理造成通风不良；电容器长时间过电压运行造成电容器过电流；整流装置产生的高次谐波使电容器过电流等。此外,电容器内部元件故障,介质老化、介质损耗、介质损失角正弦值增大都可能导致电容器温升过高。电容器温度升高将影响电容器的寿命,也可能导致绝缘击穿使电容器短路。

2、故障处理

应根据电容器安装使用地点的实际情况来正确选用具有相应温度类别的电容器,或采用相应的防冻、通风降温等措施。电容器出现渗、漏油,如果是轻微漏油,可用粘胶剂进行修补并同时减轻负荷或降低环境温度,但是不能长时间继续运行。如果是箱壳上面漏油,可用锡铅焊料修补；套管焊缝处漏油,可用锡铅焊料修补,但应注意烙铁不能过热,以免银层脱焊。电容器是一个密封体,如果密封不严,空气、水分和杂质会渗入其中而使其绝缘性能下降,甚至导致绝缘击穿。所以,如果发现电容器漏油严重时应及时将其退出运行。处理故障电容器应在断开电容器的断路器、拉开断路器两侧的隔离开关,并对电容器组经放电电阻放电后进行。

二、谐波导致电容器热击穿

1、故障原因

随着电力电子技术的飞速发展，各种作为非线性负荷的新型用电设备越来越多地使用，高次谐波对电网的影响越来越严重。电力系统受到谐波污染后，对变电站并联电容器的安全可靠运行造成了较大的影响。实际运行中，大量实测数据显示，三次谐波不仅存在于10kV并联电容器组，而且是威胁电容器组安全运行的主要谐波分量。这主要是由于谐波源不对称平衡导致的，对各类不同非线性负载产生的三次谐波，其相位、幅值存在着差异，造成不对称性。过大的谐波电流将直接造成电容器的损坏，引起附加绝缘介质损耗，加快绝缘老化，严重的情况下将直接导致电容器的热击穿，使整个电容器组不能投入运行。

从公式上看到，谐波含量越大、次数越高，电容器的发热就越严重，而介损大的电容器特别不耐受高次谐波的作用。在运行中谐波会引起附加绝缘介质损耗，加快绝缘老化，严重的情况下将直接导致电容器的热击穿。此外，在高次谐波作用下，电容器的极间电压峰值由于叠加的作用将出现较大的增量，使电容器长期处于过电压状态运行。该情况易导致电容器内部出现局部放电现象，对电容器内部的绝缘极为不利。

2、故障处理

针对所辖变电站的具体情况，在防止谐波方面制定了以下几方面措施：①消除新建变电站电容器组的设计隐患。由于以前新站设计时没有对当地负荷的谐波情况进行调查，在无功补偿设计上习惯性地选用6%电容器组容抗量的串联电抗器，忽略了三次谐波的影响，造成投运后故障频繁。因此新安装的电容器组在设计前都要对当地的谐波情况进行监测，然后根据监测情况，在新安装电容器的设计上采取相关措施。②处理用户方面的谐波源。即对于产生大量谐波的用户，在用户变的低压侧加装滤波装置。

三、熔丝保护导致并联电容器组群爆

1、故障原因

10kV并联电容器组保护主要配置有两种，一种是以继电保护为主保护，另一种是以电容器外熔丝或内熔丝为主保护。

熔丝保护，特别是外熔丝保护原因引起的10kV并联电容器故障及扩大故障占了2009年电容器全年故障量的三分之二以上。

现运行的大部分10kV并联电容器外熔丝，在设计、厂家质量保证等原因存在着较明显的缺陷。由此导致开断性能不良，造成电容器内部故障熔断器拒动、误动导致电容器组群爆时有发生，使得外熔丝作为电容器内部故障主保护的可靠性大打折扣，给安全运行带来很大的隐患(电容器外熔丝的结构图如图1所示)。

图1 外熔丝结构图

在正常情况下，运行中的电容器当熔断器动作后，尾线与树脂管脱离，电弧使消弧管内分解出气体，强力吹灭电弧，同时利用自身弹力将电弧拉长，加大弧阻，使电弧迅速熄灭。但由于消弧管内高温引起消弧管老化、龟裂或存在密封等质量问题后，熔断器动作，电弧分解出的气体不能在消弧管内产生足够气压，使熔断器熔断后不能及时将铜铰线脱离树脂管。因电弧不能迅速熄灭，导致熔断器不能完全熔断，引起重燃。当一只熔丝起爆以后，一只接着一只爆断，持续一段时间才停止，最终造成整组电容器群爆。可见电容器的外熔丝性能不满足现场运行要求，是导致并联电容器组群爆的主要原因。

2、故障处理

现在10kV并联电容器外熔丝生产厂家较多，产品的质量方面参差不齐，无法保证系统安全、可靠运行。因此，对现今运行存在问题较多的电容器外熔丝进行全面更换。今后电容器组在设计时尽可能使用不带外熔丝的电容器组。如使用集合式电容器组，使用质量有保证的无外熔丝的分散式电容组等。电容器保护装置设计中可设有故障和事故两种保护。故障保护能及时发现电容器的早期击穿故障,避免由故障发展到事故状态。事故保护能避免事故扩大向上一级蔓延。可通过外熔丝加微机保护作为电容器的主保护。

四、电容器内有异常声音

1、故障原因

一台10kV并联电容器在运行时，内部有放电声音。一个良好的电容器在工频情况下,电容器内部是没有电流通过的,因此,在正常运行情况下,应无任何声响，是一种静止设备。若运行中电容器内有异常声音,则认为电容器损坏失去作用,而且可能会引发单相接地。

2、故障处理

如果运行中发现有放电声及其他异音,应立即停止运行。造成声音的原因大致有以下几种。①套管放电。电容器的套管为装配式者,若露天放置时间过长,雨水进入两层套管之间,加上电压后,就有可能产生劈劈啪啪的放电声。遇到这种情形时,可将外套管松出,擦干重新装好即可。①缺油放电。电容器内部如果严重缺油,以致于使套管的下端露出油面,这时就有可能发出放电声。为此,应添加同种规格的电容器油。③脱焊放电。电容器内部若有虚焊或脱焊,则会在油内闪络放电。如果放电声不止,则应拆开修理。④接地不良放电。电容器的芯子与外壳接触不良时,会出现浮动电压,引起放电声。这时,只要将电容器摇动一下,使芯子与外壳接触,便可使放电声消失。

10kV并联电容器作为现今优先采用的无功功率补偿装置，对供电企业而言是十分重要的，是当前乃至今后相当长的时期内，缓解电力供需矛盾，改善供电质量的一种行之有效的手段之一。其广泛的应用，能为国家和用户带来巨大的经济效益和良好的社会效益。10kV并联电容器故障类型复杂,对运行工况要求严格,保护比低压线路保护更为复杂。保护配置时应考虑各种原因引起的过电压、低电压、过电流等情况,并应根据电容器接线方式、采样装置接线方式及运行方式等条件全面考虑。我们应高度重视无功系统在电力系统中的作用，积极应用新技术，加强对减少10kV并联电容器故障率的研究，为电网的经济、安全运行提供有力的保障。

[1]刘峰.变电站电容器的安全运行[J].中国新技术新产品,2010,(01）:28-29

[6]臧宏志,王华广.10kV配电网电容器的优化配置规划决策[J]电力电容器与无功补偿,2009,(05）.