论无功补偿必要性及电容器常见故障分析

王杜 李建红

(1.湖南城建职业技术学院 湖南湘潭 411101; 2.湖南电器科学研究院有限公司 湖南长沙 410009)

无功补偿装置是电力网络的重要组成部分。电容器，调节电力网络的功率因数，补偿无功功率是无功补偿装置的重要组成部分。电容器本身就是我国电力企业的重要设备，其安全、稳定地运行，关乎电力资源的质量和安全。现如今，由于人们生活质量的提高，对电力企业提出新的要求，为了保障电力资源安全输送，应加强对电容器的管理，确保其处于稳定运转状态。然而，电容器组在运行过程中很容易出现故障，文章结合作者实际经验，针对电容器故障进行浅析，为今后更好地保证电容器的安全稳定运行。

1 功率因素过低对供电设备的影响

1.1 功率因数降低造成电网中功率损耗增大

以常用的三相用电设备加以说明，设线路每相导线的电阻为R（Ω），线电流为I（A），则该线路的三相有功功率损耗为：

P=3I²R×10-3=3（Ia/cosφ）²R×10-3

=（P²R×10-3）/Ue²cos²φ（kW）

由此可以看出，功率过低对供电设备所带来的影响之大，普通现象是：功率因数越低，线路功率损耗越大。

1.2 导致电力网路中电压损失增大

在三相交流电路中，当各相负荷平衡时，各相导线中的电流值均相等，电流与电压间的相位差亦相同，可先计算其一相的电压损失，然后再按一般方法换算成线电压损失。

在工程实际中，根据实际总结出电网供电线路的电压损失的基本计算公式为

Ux=（PR+QX）/Ue（V）

因此，当无功功率Q越大时，用电设备的电压偏移增大，供电质量下降。

1.3 加大电能损耗提高电能成本

供电能力之所以被降低，原因是设备功率因数被降低，致使相同容量的供电设备有功功率被减少，综上所述，可知无功补偿是电网设备不可或缺的部分，因此，作为无功补偿的电容器装置工作人员有必要防止其非必要损坏[1]。

2 电容器损坏的原因

2.1 并联电容器损坏的原因

（1）可能是由于电容器绝缘不良，造成漏电，在电容器工作过程中会出现间接性断火现象，会影响其正常运转。

（2）可能由于电容器断路，通常情况下，在电容器断路之后，它是处于不充电状态的，由于受到自感电动势的影响，使次级线圈感应的高压电动势降低。常见现象，电容器工作期间处于间接断火现象，同时油门处于加大状态，而发动机转速不能被增高。

（3）电容器短路，是诱发其出现故障问题的一个重要因素，由于电容器绝缘被击穿，会致使其内部存在的短路。

（4）电容器本身不搭铁，电容器外壳有一层防腐层，在其处于低压电路时，它本身是不产生回路的，会使发动机不能发动，从而影响电容器正常运作[2]。

（5）整定值设置过大，接内熔丝电容器装置的差压保护整定值和延时时间设置过大，保护存在可能[3]。

（6）电容器产品质量不达标，也是其损害的一个关键性因素。大多数情况下，电容元件击穿主要是由于绝缘受潮、介质老化、生产质量和运行环境等原因导致。很多小作坊生产产品往往存在以次充好现象，再加上内部配件绝缘没在严格条件下处理。在长期工作电压下，电容器内部产生局部放电现象，导致绝缘损伤和老化。最重要的是会因其局部温度不断升高，导致元件电化学击穿，电容器损坏。

（7）产品质量不达标。一些电容器处于落后状态，也有一些电容器表面的绝缘层处于损坏状态，再加上内部元件存在故障，在长时间工作电压下，其温度会随之升高，会出现一系列故障问题，如导致元件电化学击穿、电容器损坏[4]。

（8）通常情况下，电容器之所以出现故障，一部分原因还来自于涌流过大，间接性致使电容器过热，从而出现故障。例如：当电网的谐波超标时，同样会引起过大电流，使得电容器表面温度处于过热状态，若不及时处理，将会使绝缘性能被降低，乃至损坏。

（9）无功补偿电容器之所以出现故障，一部分原因还可能来自安装配置方面，倘若安装配置不合理，同样会造成安全事故问题发生。首先，工作人员在安装时，由于电容器组接线方式选择不合理，极为容易出现安全事故问题，再加上放电线圈接线方式及其与不平衡保护配置存在不合理现象，在切除电容器时会引起过电压，从而对电容器设备造成伤害。其次，很多人员在操作时，没有确保串联电抗器电抗率的匹配性，很容易受到谐波的污染而损害电容器，无法确保系统处于稳定运转状态，若不及时处理，还会引发电容器外壳出现变形或者是群爆等现象。

2.2 单台保护熔断器群爆现象

高压熔断器作为并联电容器组中单台电容器内部主要保护电器，只有确保其处于正常运转状态，才能够避免安全事故问题的出现。

2.2.1主要特点

第一，大部分电容器都安装于室外，一旦其出现熔断器群爆之后，其外表的保护管上会存在放电烧损现象。保护管与熔丝尾线处于一个未脱离的状态。第二，恶劣天气下，倘若熔断器投入使用，会存在着群爆现象。第三，对于内部存有缺陷的电容器来讲，一旦投入使用，也会存在一些安全隐患，在运行初期极易出现群爆现象，不利于系统的安全稳定运行。第四，群爆在发生时，大多数的断熔器是处于不动作状态，之所以会出现这种现象，一部分原因是电容器组继电保护装置不动作所致。

2.2.2 群爆的具体原因

第一，当熔断器因温度较高，而出现熔断之后，它的尾线是不能与保护管脱离的。随着国家经济的发展，市面上的熔断器类别变得越来越多，主要以喷逐式为主，这种通热容器它就有很多优点，例如：结构简单且价格低廉，备受电力企业青睐，能够帮助企业节省一部分的成本支出。但是在运行过程中，倘若熔断器发生熔断，保护管所承受的电压是非常之大的。第二，熔断器的额定电流选择过小，也是引发群爆的一个重要因素。现场调查表明：我国生产的熔断器额定电流的偏差多数已经超过20%。部分企业在选择熔断器额定电流时，并没有充分考虑到和电容器额定电流相匹配，会因熔断器额定电流选择过小，而使群爆现象时常出现。第三，熔断器开关处于不良状态，同样会使之出现熔断，从而产生群爆现象，再加上谐波影响产生群爆，同样会影响系统的稳定运转。

2.2.3 防止熔断器出现群爆的措施

致使熔断器出现群爆的原因有方方面面的，所以为了降低群爆现象对系统运行所带来的影响，要采取相应的防治措施。例如：选用性能较好的断容器并投入使用，可以极大地避免出现群爆现象；或者，可以采用单台机保护熔断器，并从源头上防止群爆现象的出现。目前，市面上电压等级电容器组日益增多，通常是以35 kV 以上为主，电容器组主要是采用单台熔丝保护,它是防止爆炸的有效措施。企业要正确选择电容器与电容器额定电流比值，避免选择电流比值较小的熔断器。而为了避免群爆问题发生，还可以通过采用星形接线，或者是通过正确选择串联电容器的感抗值等方法。再或者，电容器组尽可能地采用中性点不接地的双星线接地，并采用双星线零流平衡保护，这有助于从源头上杜绝电容器爆炸事故。除此之外，对于熔断器自身开断性不良问题要予以重视，此时应克服熔断器结构上的缺点，从而有效防止群爆问题再次出现，保障系统安全、稳定运转[6]。

3 电容器常见故障类型

3.1 渗漏油

电容器使用过程中会出现很多故障，其中渗漏油也是一个常见的故障之一，通常情况下，造成渗漏的原因有很多，具体应从以下几方面进行分析：第一，可能是由于制造工艺不先进所致，再加上结构设计存在着不完善的现象，都会使电容器在后期使用过程中出现渗漏油现象；第二，各部分零件在生产过程中，会因人为因素影响，使得所生产出来的电容器质量不达标；第三，很多生产企业在运输相关零件时由于保护不到位，在运输过程中各个零件发生挤压、碰撞，会导致外壳存在着一些故障问题，使得电容器在后期生产时存在质量缺陷。同时，部分生产厂家的焊接工艺也不够先进化，所以在后期生产时，都会因此而使产品质量不佳，电力企业在使用这些质量不达标的设备时，很容易损坏电容器。

3.2 鼓肚

鼓肚也是无功补偿电容器在使用时所引发的事故，它是指电容器外壳出现变形，通常是由于在高电场作用之下，使得电容器内部介质游离，进一步对箱体放电，导致其出现“鼓肚”现象，若不及时处理，极易引发电容器爆炸事故。其中，造成箱体膨胀的原因有很多，不同的因素所带来的危害也有所不同。比如：由于电容器质量较差，在运行过程中会，随着温度的升高，而致使其外壳发生膨胀；或者也可能是由电容器自身散热能力不强，导致在运转过程中出现过热现象，会使其出现鼓肚。

3.3 其他故障类型

电容器还会因不平衡保护动作而出现故障问题，再加上放电线圈存在故障问题，无法确保电容器处于安全稳定运转状态。

4 电容器故障的有效预防措施

4.1 严把设备质量关

只有合格的设备，才能够为电力企业稳固运行提供更多的支持，合格的质量是确保设备正常运行的重要前提。电容器倘若存在着质量问题，会引发严重的安全事故，威胁着的电力人员生命财产安全。所以，在前期选择设备时，企业应与各方面能力较强的厂商去合作，只有选择高质量、性能好的电容器设备并投入使用，才能够从源头上杜绝安全事故问题发生。其次，在电容器设备投入使用之前，要做好相关调试验收工作，确保该设备能够满足电力生产需求。同时对于电路器、熔断器等辅助零件更要做好质量把关，这些设备质量是否达标，也关乎电力系统的稳定运转。

4.2 合理安装与配置

以往电容器出现故障的原因，来自安装配置方面，因不合理的安装，难以确保电力资源安全输送，所以应通过合理安装电容器，降低安全事故问题发生概率。首先，应确保电容器组接线方式的合理性。以往主要是采用星形接线或者是角形接线方式。这些接线方式虽然操作简单，但是实际上会受到很多因素的影响，而致使电容器出现故障问题，所以可以以新型连接作为高压电容器次主接线形式。放电线圈则不能采用中性点接地连接形式，应严格按照最初的设计要求，选择合理的接线方式。电容器的接线式，应保证其与其他保护配合良好，通过选择串联电抗器电抗率，保障电容器安装配置的合理性。其次，针对串联电抗器电抗力不匹配问题要及时去处理，通过合理安装配置电容器，避免谐波污染损害电容器，从而引发“群爆”的问题。安装人员在安装之前要考虑背景谐波状况，通常情况下，应遵循1～5次以及以上谐波，采用5%串抗率来实现合理安装的目的。另外，作业人员在安装时，可以根据实际谐波的具体情况，做出适当调整。

4.3 加强日常巡视与检查

无功补偿电容器故障种类多种多样，不管是哪一种故障，都迫切需要工作人员去处理，这样才能够确保电力系统的安全性。它作为一种重要的无功补偿技术手段，应结合故障原因，采取有效的方式去做好预防。首先，应加强日常巡视和检查，运维人员应定期对电容器进行检查并做好相关记录，检查内容也要具备全面性，应包含箱体清洁、无变形、无渗漏油、绝缘表面处于良好、无破损状，更要做好日常质量检查工作，才能够保障电容器处于安全稳定运转状态。其次，要在做好日常检查任务之外，运维人员要想解决电容器出现故障问题，还需要对相应的零部件松紧以及接触情况加大检查力度，针对个别零件处于松动状态，应及时去调整，保护装置的弹簧是否能够正常收放，也要重点去检查，只有做好每一个环节的检查工作，才能够从源头上防止电容器出现故障问题。除此之外，在日常安全检查时，对于断路器馈线等配套设备也要做好日常检查。现如今，市场竞争趋势处于逐渐加大状态，电力企业要想高质量发展，应提出有效的预防措施，通过做好无功补偿电容器故障分析并采取相应预防措施，得以保障设备处于良好运转状态，这关乎电网安全经济运行。

4.4 安全操作守规程

无功补偿电容器存在的故障问题，我们应采取有效的措施去处理。首先，应做好安全操作，操作人员应严格按照流程进行操作，要确保自身生命财产安全，在操作时应配备相应的安全防护措施，通过按照电容器组先断后合、各路出现、先合后断的原则投切。现如今，电力企业发展规模逐步扩大，内部无功补偿电容器设备也变得越来越多，它是负责向电网提供无功支持、改善电压质量、降低电网损耗的一个设备，为了确保它能否运转，关乎电网的电能质量和安全，为了满足人们对电力资源的需求，应做好日常管理工作。其次，在电荷放电完成前，应禁止进行核查操作，以便于降低安全事故发生概率。通常情况下，操作人员必须在断路器断开3 min，经充分放电之后，才可进行再次核查。这也是为了保护电容器，避免因电能没有充分释放，而对自身生命财产安全造成威胁。除此之外，当继电保护装置切除电容器时，操作人员在未查明原因之前，不能对熔丝熔断的电容器直接更换熔丝送电，从源头上降低对自身身体所带来的侵害，从而既能够提高熔断器的安全稳定性，保障电能资源的质量和安全，满足人们生活需求，促进我国电力行业的发展。

4.5 加强工作人员技能培训

针对无功补偿电容器常见故障问题，还需要采取有效的措施去处理。首先，应加强工作人员技能培训，工作人员工作能力的高与低，也关乎设备能否安全运转，应注重对于人员工作技能的培训，要让他们认识的无功补偿电容器对电网工作的重要性，只有确保电容器处于稳定运转状态，才能够提高电能的质量，从而为广大人民群众输送更安全、可靠的电力资源。同时，要确保培训方案的全面性，应加强对工作人员在无功补偿电容器方面专业知识的培训，当然也要在培训中发现优秀人才，并将其分配在适合的岗位上，让其岗位职能价值充分发挥出来。工作人员在培训活动中要积极学习，只有不断充实自我，才能够应对无功补偿电容器出现的故障问题，通过提出解决方案，降低经济损失。其次，也要制定合理操作规范，这也是对工作人员起到约束的一个有效途径，而在培训活动中要提高人员安全防范意识，使他们能够在日常生产中严格约束自身行为举止，从而降低安全事故等问题的发生。另外，还要完善激励惩处措施，调动人员工作积极性，使他们能够努力地去学习，有助于规避因一时排查不到位，而引发一些事故等问题出现。电容器本身就是为了确保电路正常运转的一个补偿手段，通常情况下，电容器在运转过程中会受到很多因素的影响，而出现故障问题，所以为了让电网运行保持稳定状态，加强工作人员技能培训非常的重要。工作人员应定期检查电容器，做到及时发现故障问题，及时解决问题，进而为电力企业发展带来更大的利润空间。

4.6 渗漏油、爆炸、升温故障处理方法

为了进一步避免电容器出现故障问题，电力企业应结合故障问题，提出有效的解决方案。例如：针对渗漏油问题，应选择各方面实力较强的厂商进行合作，以便于确保相关零部件质量达标。在搬运电容器时，应直立放置，严禁搬拿套管，要做到轻拿轻放。对电容器外壳变形问题，管理人员应及时更换成新的电容器，通过加强运行检查，从源头上避免故障问题的出现。针对电容器爆炸问题，管理人员应在电容器酿成爆炸事故前解决。例如：在日常巡检过程中，倘若发现电容器出现“咕咕”声，此时应让其停止运行，以此来防止其出现爆炸问题。另外，对于电容器温度升高问题，应及时采取降温措施。通常情况，电容器所处环境温度不能太高和太低，过高的存储环境，会造成电容器工作时产生的热量无法释放出去，直接影响其稳固运转，而温度过低，则容易使电容器内部的油发生冻结，同样会影响其运行。故而，应确保室内温度控制在40 ℃以下，只有周围环境温度处于适宜状态，才可以确保电容器安全稳定运转，如可以对电容器运行的温度进行在线监控。除此之外，针对检查中存在的问题，管理人员要及时采取方法去处理。例如：用绝缘电阻进行检查，确保其绝缘电阻值处于合理状态，从而得以将不必要的经济损失降到最低。

5 结语

综上所述，国家经济的不断发展，人们生活条件得到改善，对电力资源需求量变得越来越大，为了满足人们日益增长的电力资源需求，对电力企业提出新的要求，应确保电容器处于稳定运转状态。但是电容器在实际运转过程中往往会出现一些故障问题，致使其出现故障的原因来自方方面面，如电容器自身存在故障问题，使群爆现象时常出现。所以，为了能够保障电容器稳定运转，企业应从多方角度加强管理。例如：要提高系统的功率因素，通过选择合适的电容阻线路保护，避免电容器运转时出现故障问题，应尽量不使用重燃率极高的SN1-10、SN2-10 型少油断路器投切电容器组，尽可能地去选择SN10-10Ⅱ型少油断路器，这种设备具有很多优点，如有助于防止电容器内部元件击穿。除此之外，企业要避免采用重燃率极高的电容器组，应结合实际供电需求科学合理选择，更要采取有效的防护措施，避免电容器爆炸事故的出现，确保工作人员生命财产安全，从而得以促进我国电力企业更好发展。