66 kV电容器组中单台电容器多次故障的原因探究

赵蕾

摘要：对于66 kV电容器组的故障问题研究，需要分别对电容器组中的单个电容器进行故障分析，再结合各项数据以及观察熔断器运行的状态，以此分析电容器出现故障的原因，找到可能损坏电容器的相关因素，并且逐个分析诱因，最终确定产生故障的原因。文章将此次分析得出引发故障的原因作为后续判断电容器组故障提供经验支持，方便快速排除故障，保证变电站系统的正常运行。

关键词：66 kV电容器组；变电站；多次故障

发展至今电力已经成为生产和生活都不可缺少的部分，各种生产活动以及人们的日常生活都离不开电力的支持，可以说供电质量将直接影响到生产质量和人们生活质量。为此，维系电力系统的稳定运行成为电力企业的工作重点。根据以往的运行故障记录可以发现，影响电力系统运行的主要故障就是电容器组发生的故障，且由于电容器组由多个电容器组成，在排查故障时需要耗费大量时间，为电力系统的正常运行带来很大影响。文中就以某变电站电容器组实际发生的故障为例，对电容器组产生多次故障的原因进行排查。

1概述

某变电站所使用的66 kV补偿电容器组从运行到现在曾发生多次故障，为了保证电容器组能够正常运行，我们对其产生故障的电容器进行排查，并且对可能损坏电容器因素进行分析。

2电容器组的基本参数

该故障电容器组的型号为TBB22-66-28056/334-Y，采用串联方式连接7台电容器，并且将两串并联，使用H型接线，定值（二次）2 A，CT变比为30/5。电容器的单台型号为BAMR20-334-1W，2000年12月出厂，电容器组内熔断器型号为BRW-20/26A。

3故障和处理情况

2006年，在运行中A相的8台电容器出现故障情况，变电站购买了14台新的电容器进行更换，余下的作为备用设备，这是第一次故障的基本情况；第二次故障发生时间为2008年，同样是A相发生容量变化，共7台电容器出现故障，购进7台新电容器进行更换；第三次故障发生在2009年，在检验中发现是B相的4台电容器发生故障，使用备用设备更换，3次故障共有19台电容器损坏。

4故障的调查情况

针对编号为144的电容器进行故障分析，该电容器是2000年出厂容量为2.67μF，受到全击穿损坏；对编号为142的电容器进行故障分析，该电容器为2000年出厂容量2.66μF，实际测量得出容量为3.6μF，受到大面积击穿和R角击穿损坏。

5故障分析

5.1故障仿真

在仿真计算的过程中发现电容器组由原来的单相短路转变成两相相间的短路电波形式。当电容器组为单相短路时，电流仅产生3倍的变化，当电容器组成为两相短路时，电流的增加速度会持续上升。所产生的波形与在现场故障录波器中的电容器组电流及母线电压的波形呈现出相似的态势，这就足以说明电容器发生了相间短路故障。此时的电容器内部元件会出现大面积击穿的情况，由于熔断器失效，导致熔丝没有及时断开，在熔断器工作时还产生了重燃，致使产生过电压，电容器内部的电容器套管发生炸裂，内部元件发生全击穿，导致电容器的内部元件严重受损。

5.2继电保护的设置和动作情况分析

通过上述内容可以发现该电容器组使用的是H型接线桥差不平衡电流保护。保护设置的定值为2 A（二次），变比为30/5，一次为12 A，实际上在考虑灵敏度和可靠性之后得出的数值为15.84 A。以上数值表示，在进行继电保护时，保护动作需要切除2台电容器连接，就代表熔断器要进行两次熔断操作，通过对并联单元数、串联单元数以及电容器组的额定电流可以得出不平衡电流为15.84 A。

通过对每相并联单元数、串联单元数、完好元件过电压倍数和切除单元数的计算可以得出在熔断2个电容器单元时，剩余的电容器单元过电压为1.08 V。通常对电容器单元的过电压承受能力标准为：1.05 Un可以长期运行，1.1 Un每24小时可以运行8小时。在此不对电压的运行时间进行考虑，在进行继电保护设置时，熔断器熔断动作的运行情况才是主要问题。

首先，熔斷器在进行熔断时会出现盲区，针对H型接线的桥差不平衡的电流保护动作，当保护臂之间出现容量变化一致时，将无法进行熔断动作，也就是继电保护的盲区。当继电保护动作中，需要熔断2个电容器连接时，只有两根熔丝在同一保护臂上才能在出口产生大的电流，做出熔断保护的动作。一旦两根需要熔断的熔丝不处于同一臂上或者一个串联段上，就可能出现不作出熔断动作的现象，这种现象的发生与否与继电保护的可靠性和灵敏性、电容器组保护的不平衡值都有很大关系。

以内部接线为4并12串的单台电容器为例，当采用内熔丝时，每个小单元的额定电流为整个单台电容器的1/4，这样熔丝的额定电流就更小，保护更灵敏。

其次，在继电保护时，如果仅熔断了一根熔丝，保护动作没有继续进行，那么电容器组就会一直带着故障运行，直至第二根熔丝熔断为止，这种运行状态如果不能及时发现并处理会对电容器组的运行带来很大危害。当熔断器是在进行继电保护动作时熔断所产生的问题不大，如果是熔断器出现异常导致的开断，那么就会由于弹簧的摆动位置与熔断器套管出现状况不明的情况，这种情况的产生将直接影响电容器组的正常运行。

最后，将电容器组的故障问题控制在一定范围，在小规模故障时就进行及时处理，降低故障对变电站工作的影响效果，这种处理方式可以在很大程度上消除故障隐患。在将继电保护动作设置成熔断2跟熔丝时，就代表3相的电容器组需要最多熔断6根熔丝，这时将损坏6台电容器。当发生故障的电容器在时间上存在一定差异时，将为故障的排查工作带来很大困难。将继电保护设置成熔断两根熔丝时，很容易发生出现大量的电容器损坏之后才意识到故障风险，并且对故障发生时间没有准确判断。由此可见，当保护动作按照两根熔丝执行时，会引起故障范围扩大现象，所以，这里建议将两根熔丝动作改为1根熔丝。

5.3根据解剖的情况分析

通过对电容器故障进行分析之后发现发生击穿位置主要体现在以下区域。

（1）存在于电场强度明显分布不均的部位，例如R角位置、折邊位置以及引线片。发生击穿情况的主要原因是这些部分本身就存在电场强度不均的情况，一旦遇到过电压就会快速产生局部放电现象，直接将薄膜击穿。由此可见，这些部位出现的击穿现象主要是在电击的作用下产生，相对来说击穿的范围较小，其击穿层数偏多。

（2）电场强度分布相对均匀的区域，例如元件中存在的较大面积部位。这些部分发生击穿现象的主要原因是由于元件表面平整，且电场强度分布均匀，与其他元件部位相比，需要承受的过电压面积最大，同时也是成为水平最高部位。一旦发生过电压现象，元件的表面就会呈现出范围较大的击穿点，且击穿才层数较多，同时呈现出热击穿和点击穿的特征。由此可见，这些元件的表面区域是受到热击穿和电击穿的同时作用下产生的击穿现象。

（3）薄膜的电弱点部位，虽然在出厂之前会经过检查，但是在运行的过程中受到电力和热力的双重影响，在特定部位会出现电弱点的现象，并且在持续运行的状态下，电弱点会进一步老化，影响其绝缘性能，最终导致击穿事故。一般情况下，产生电弱点的现象主要发生在电容器运行的1～3年之间，超过这个时间之后绝缘的介质将趋于平稳，在不受外界运行环境变化影响的前提下，绝缘性能不会发生变化。

由于在运行中会造成介质损耗，介质的温度也会随之升高，温度的变化对绝缘性能具有很大影响作用。绝缘介质具有明显的负温度特征，当温度上升时电阻变小，这就使得电流增大，损耗的温度也随之提升。为此，要求电容器运行的热量需要小于等于散热量，一旦大于散热量，就会造成电容器的热量每提升8℃，寿命就会降低一半。根据对电容器组内两台故障电容器进行解析之后可以发现，击穿点不仅存在于元件大面上，还在R角部位。击穿点也呈现出范围小、层数多的现象，同时也有面积大和层数较小的部位，为此，仅通过击穿形状特点无法判断出电容器元件损坏的具体原因。

5.4根据熔断器的情况分析

熔断器的作用是当电容器组发生故障时，按照设定进行熔断操作，通过隔离故障电容器来控制故障的影响范围。针对以上问题，如果熔断器的熔断性能达不隔离故障电容器的要求，那对于电容器组的影响作用将是巨大的，很有可能因熔断器性能不佳发生扩大故障范围的危害。部分熔断器的生产厂家明确指出，熔断器的使用年限最好控制在5年以内，也就是说熔断器的有效使用寿命为出厂后的5年之内。喷逐式熔断器的熔断过程为先将熔丝融化成颗粒，且颗粒之间仍然存在电弧。

如果电容器的使用时间过长，其内壁的涂层就会发生变质反应，内部的弹簧也会因为生锈可失去应有的性能。在熔丝的纸质保护套受潮的情况下性能也会产生变化，如造成熔丝的熔断曲线变化以及熔断时不能选择正确的熔断目标等。一旦熔断曲线发生变化，就代表熔断失去准确性，故障电容器会因为无法及时熔断而承受更大的过电压造成大面积击穿现象，较为严重的还可能导致短路，对本身没有故障的电容器也造成影响。电容器组的主要保护装置如表1所示。

保护配置有过流Ⅱ段、过流Ⅰ段、差流保护、过电压保护和低电压保护。

6结语

一般情况下，如果电容器本身制作工艺和性能存在缺陷，在出厂检验时就会被查出，存在问题的电容器不会有流入市场的机会。该变电站使用的电容器属于常规型号，已经具备大批量生产的技术。该电容器组在投入使用到发生第一次故障之间间隔5年时间，为此，可以认定不是因生产工艺和技术方面的问题引起的故障。通过上述分析可以判断，造成电容器大规模损坏的原因可能是继电保护和熔断器使用年限过长。