由一起事故分析在低压并联电容器无功补偿回路中没有必要采用热继电器

高会宾

（天津中电华利电器科技集团有限公司，天津 300300）

笔者曾经手一配电室低压无功补偿柜改造项目，具体情况如下：该配电室为一制药厂生产车间综合配电室，设备运行已近2年。近期一次例行维护时发现，无功补偿柜内有一组电容器涨裂，接线端子处有明显渗漏痕迹，故退出运行，要求改造。该无功补偿柜主开关选用了塑壳断路器，电容器组分支回路选用了熔断器+接触器+热继电器+电容器的组合方式，总补偿容量 150kVar，共分 6步等容投切，每步 25 kVar；控制器为某国产品牌 JKL5C型无功补偿控制器，电容器型号为BSMJ-0.4-25-3。涨裂的电容器位于第2步。

鉴于电容器只是涨裂而没有发生爆炸，可初步断定电容器故障原因为过载而非短路。电容柜曾成功运行一年有余，且其它回路正常，排除系统谐波引起过载原因。经多次测量，系统电压基本稳定在400V～430V，电容器额定电压为 400V，系统电压并未超过电容器额定电压的 1.1倍，排除因过电压引起过载原因。

笔者仔细查看了电容器回路热继电器的整定值，发现各回路整定值各不相同，故障回路整定值为36A左右，恰为25kvar电容器额定电流值，热继电器复位方式为自动复位。笔者将故障电容器解除，其余回路手动投入运行。用卡表分别测量电容运行电流，记入在表1中，同时记录热继电器整定电流。

表1 电容器运行电流及热继电器整定值（单位：A）

从表1中的数据可看出，电容器的实际运行电流均比铭牌标注额定电流值36A要大，电流最大的一组达到了43.10A，为额定电流的1.197倍。这里除了系统电压偏高的因素外，电容器本身的偏差也是原因之一。

笔者将第1及第5步回路热继电器整定为故障回路值即36A，等待观察。

第1步Ic1/Ih1=37.52/36=1.042倍；

第5步Ic2/Ih5=43.10/36=1.197倍。

将电容器组重新投入运行，约28min时，第5步热继电器动作，该组电容器被切除。经过大约10min，热继电器自动复位，电容器再次投入运行。此后经过大约每20min热继电器动作，冷却约8min热继电器复位。在连续观察的2h时间内，电容器共进行了3次投切。而第1步在2h内没有动作。至此，初步断定电容器组故障原因是热继电器整定值偏小，在运行过程中频繁投切造成的。

但该补偿柜曾有一年有余的成功运行经验，照此投切频率，电容器故障当早发生。

问及负载情况，该配电室负责人告知，大约半年之前，车间新增设备，由于没有预留配电回路，故从该配电室低压柜内一备用回路引出电源，设备功率约 80kW。将该新增设备开关断开，手动投入全部剩余5组电容器，功率因数达到0.92；将新增设备投入运行，功率因数降至 0.89。查看新增设备功率，为82kW,功率因数为0.8，通过计算，符合上述情况。

可作如下分析：当未有新增设备时，投入5组电容器功率因数可达到 0.92，控制将不再投入电容器。当第2步电容器被热继电器切除，控制器接着投入第6步电容器。经过冷却时间，热继电器复位，第 2步电容器再次投入运行，本着“先投先切”的原则，控制器将会切除第1步电容器；当第2步电容器再次退出，控制器将再次投入第1步电容器；当第2步电容器第2次投入，控制器将会切除第2步电容器。如此，经过这一过程，第2步电容将长时间退出运行，并不影响补偿效果和设备正常运行。控制器和热继电器交叉投切过程见表2。

表2 控制过程

当热继电器第2次复位时，控制器将第2步电容器切除，系统将保持5步电容器投入运行的状态，第2步电容器并没有频繁投切。

当新增设备投入运行，由于功率因数达不到要求，控制将会投入全部电容器。第2步电容则将在控制器“不知情”的情况下，被热继电器“控制”：热继电器动作（切除）-热继电器自动复位（投入），如此频繁投切。按照每小时2次的投切频率，每24小时投切48次（该生产车间为三班制），半年累计投切8000多次。在国标GB/T 12747-91中要求：电容器每年的操作不超过5000次。实际投切次数为标准要求的约3.5倍，此为造成电容器故障的原因。

自动投入电容器组，并停掉部分设备，使系统投入4组电容器时功率因数达到0.93，如此，若第5步热继电器整定值依然为 36A，那么，经过热继电器的第4次复位（故障回路为第2步），第5步电容器将切除，系统维持稳定。经观察，现场情况符合推断。

经用户单位同意，更换故障电容器，并将热继电器接线改为仅作用于信号，供值班人员及时发现问题并做处理。改造完成至今运行已半年有余，未出现故障。

经过该事故原因分析，并查阅了相关资料，笔者认为在低压电容器组无功补偿系统中，设置热继电器作为保护元件是没有必要的。相反，由于安装了热继电器，但热脱扣电流整定不当和热继电器复位方式难于选择，在运行中容易出现其他问题。

1 电容器本身的特性决定了不必要用热继电器保护

我们知道，引起电容器的负荷变化的原因有两个，其一是电压的波动。对于线性电容元件，有

即在其他条件不变的情况下，电容器的电流与电压是成正比的。当电网电压升高10%，相应的电容器电流也会升高10%。

GB/T 15576-1995《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》中第4.6条规定：“电压波动范围不超过额定工作电压的±10%”。电容器的稳态过电流可达1.30倍额定电流，故在1.10倍电网额定电压下电容器可保证长期运行。

2 无功功率补偿控制器具有过电压和过电流的保护功能

只要不是市场上的淘汰产品，无功补偿控制器都具有过电压保护的功能，在电压异常的情况下，控制在短时间内能够切除所有电容器组并闭锁，直到电压恢复正常。

目前，市场上的高端控制器还具有谐波检测功能，当系统中谐波含量超过规定值时，控制器同样能够切除所有电容器组并闭锁，直到电网恢复正常。

3 热继电器的动作电流不易整定，复位方式难于选择

当电容器回路安装了热继电器并且作用于投切接触器断开时，容易引起其它一些不易解决的问题。首先是热继电器的动作电流不易整定，其次是热继电器的复位方式难于选择。

虽然说电容器一旦投入工作就在满载下运行，但由于电容器本身容量的误差和电压波动，其真实的运行电流是在某一范围内不断变化的，热继电器的整定值不易调整到最合适的值，造成的结果是要么不动作，要么误动作。再者，热继电器动作受温度影响，配电室的气温冬夏差别较大，热继电器无法根据实际温度做出合适的偏差补偿。

热继电器一般有两种复位方式：手动复位和自动复位。在电容器回路中，如果安装了热继电器且设置为“手动复位”方式，那么一旦该继电器动作，在维护人员发现之前，该组电容器将无法投入工作。一旦同时有几组热继电器动作，在维护人员发现之前，这些电容器将无法再投入工作，这样就会造成总补偿量不足，功率因数达不到要求，用电质量降低。

若热继电器设置为“自动复位”方式，就有可能发生本文中阐述的故障情况：热继电器在控制器“不知情”的情况下控制某组或某几组电容器的频繁投切，这对电容器是十分不利的。

频繁投切对电容器有以下危害：

1）使电容器的绝缘介质老化过程加速。

2）过电压使自愈性能恶化提前失效。

3）使电容器的局部放电加剧，加快绝缘老化和电容量衰减。

综上所述，在低压并联电容器组无功补偿回路中，热继电器不是必需安装的器件。但可将热继电器作用于信号引至配电值班室，同时根据实际情况多次整定，以便接近实际运行值，以便在有异常情况时及时发现并处理。

[1]王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿.北京：机械工业出版社,1998.

[2]江钧祥,蔡富强,蔡金存,陶梅.低压电容无功补偿装置不宜频繁投切.2003 年电力电容器学术论文集,2003.

[3]GB/T 15576-1995.低压无功功率静态补偿装置总技术条件.

[4]JB/T 9663-1999.低压无功功率自动补偿控制器.

[5]JB/T 7113-1993.低压并联电容器装置.