耦合电容器故障的处理分析

奚 璐

（中国石油大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163714）

1 故障情况

2022 年10 月18 日，维修工人在220 kV 变电站进行红外线巡视时，发现连接电容C 相上节LI01 的总体发热，其温度比LI02 高得多，耦合电容器红外图谱如图1 所示。为精确地进行故障定位，维修人员采用差别明显的方法，将耦合电容上的下段的红外信号进行处理，得到了相应的温度曲线。耦合电容器温度曲线如图2 所示，三相的上、下段的温度相差为4 ℃，最大的温度相差4.6 ℃。

图1 耦合电容器红外图谱

图2 耦合电容器温度曲线

2 故障分析

2.1 耦合电容器介绍

电容器被广泛应用在工频、高压和UHVAC 传输中，实现载波、通信和测量；用于控制、保护和抽取电力。在此基础上，给出了与高电压传输线和接收机之间的耦合电容的基本理论。电容电容的容抗XC的表达式是：

其中：f 表示电流的频率，C 表示电容的能力，ω 表示相的角度。

电容的容抗值与电容的电压、电压的关系密切。耦合电容的电气能力一般较低，而高频载波信号所采用的频率区间在30 kHz至500 kHz，故耦合电容器在50 Hz 工作频率时表现出的阻抗是600 至1000 倍的高频信号表现出的阻抗，实质上等同于断路，至于高频信号，则等同于短路。这样，只有在高频下才能使耦合电容平稳地流过。耦合电容器连接原理如图3 所示。

图3 耦合电容器连接原理

2.2 带电检测

如图2 所示，温度在小范围内仅为2.1 ℃，不会出现严重的状况。所以维修工人并没有提出断电的要求，要对这台机器进行彻底的检查，以免因为无意识的断电，而影响到电力系统的安全和可靠性。维修人员对滤波器、高频电缆、收发信号和高频信道进行了彻底的检测，没有发现任何问题，然后对经过耦合电容器的电流进行了检测，并根据电容器的电容大小来判定其是否有故障。

电流和电容的公式是：

其中U 为系统相电压。

从式（3）可以看出，如果对通过耦合电容的电流进行测定，则可以得到实际的电容值。然后，通过测量电容和标称量Ce之间的相对偏差，如果测量的偏差在一定的限度之内，则可以避免因电容不正常造成的超温现象；如有偏差超过了限值，则要尽早进行断电测试，避免因安全隐患的进一步扩大而引发电力系统故障。

在带电测试期间，工作人员应请求临时停用高频率保护设备，关闭过滤器的接地。验收合格后，维修人员用钳形安培仪对连接电容接地导线的工作电流I=216 mA 进行测试，从变电站监测系统的显示屏上可以看到，此时的电网线路的电压是228 kV，所以它的相位电压大约是132 kV；根据这一点，可以计算出：

此耦合电容器是由两个上、下两个电池组组成，其容量值分别是0.009 78 F 和0.009 84 F。

电容相对偏差Δ 为：

根据DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》的规定，在超出-5%～10%的情况下，进行断电测试。实测的相对偏差为6.73%，并没有超出警戒值的范畴，但是与初值相比，耦合电容器的电容性有了很大的提高，目前的测试结果趋于正常；提出应加大追踪监控力度，如有可能对断电进行更深入的检查与诊断。

2.3 停电试验

员工向计划报告带电测试的状况。在2020 年10 月21 日断电维修期间，测试员进行了绝缘电阻值、介质损耗正切tanδ 和电容值的常规测试。所有的绝缘电阻都符合标准，其中，介质损失的正切和容量测试资料以及往年的测试资料（22 ℃以下的温度都被转换成22 ℃）显示在表1 中。如表1 所示：从2007 年7 月开始生产到2011年7 月，介质损失的正切和容量均有轻微的变动，但是均在允许的区间之内；上节耦合电容器的容量与上一次相比增加了5.99%，而正切值从2022 年7 月20 号的0.19%增加至2022 年10 月21 日的0.63%，增加了232%，超出了规定的范围，还有待进一步的分析和处理。

表1 介质损耗及电容量测试数据

2.4 解体检查及处理

维修工人对上部耦合器电容器进行了拆分，结果表明，4、5的接头接头处存在严重的漏电现象，上部联轴式电容器的陶瓷衬里和法兰的橡胶接头处的防水密封件开裂。

其主要原因是，由于沿海地区的盐雾环境以及长时间的操作缺少有效的维修，致使连接电容的陶瓷衬片和法兰的胶接部分的防水密封件发生了腐蚀和老化，使电容的内部水分被吸湿；结果造成了介质损失的急剧增加，使电容因潮湿而产生的漏电流增加，造成了放电。其他故障还包括：①在出厂时，由于电容器的衬垫和凸缘未清洁，采用不洁的方式直接涂布防水密封剂，经过长时间使用后出现裂缝，入水而受潮；②由于连接电容在生产过程中没有对焊缝进行适当的加工，加上长期使用和使用，导致焊缝产生了放电；③由于材料、设计、工艺等共性问题，在出厂时存在着设备瑕疵，也就是制造工艺上的瑕疵。

3 处理方案

消除放电的痕迹，清洗所有零件，在脱焊部位再次进行磷熔焊。在内层烘干后，重新安装，重新在陶瓷衬垫和法兰上涂抹防水密封。

对大检修后的电容进行绝缘电阻、介质损耗正切值、泄漏电流和交流电压测试，测试结果全部符合要求，并投入使用。投产后对联接电容进行了半年的追踪监控，无异常情况，装置正常运转。

4 检修流程建议

（1）红外线探测技术是电力系统运维的一种重要方法。在发现有异常情况时，要与其他带电测试资料进行全面的分析，如有需要，可以提出断电处置请求，并运用故障测试和诊断测试结果进行综合分析。

（2）在耦合电容充电实验中，提出在传统的红外线探测之外，还应进行终端电容电流的测量，并在需要时进行电容器件的部分放电实验，并进行全面的分析和判定。

（3）对于在严寒地区，重污染E 级或D 级海岸地区运行超过10 年的耦合电容，在使用过程中，必须定期进行定期测试，检查其胶接部分的防水层是否完整，如有需要，需重新涂抹防水胶。

（4）提出有能力的各单位应定期进行各类带电测试，对装置状况进行评价，尽早地找到安全隐患，防止因安全问题的进一步发展而引发的安全事故。

5 结束语

通过红外探测、带电检测、停电测试和拆解检验，对联接电容进行了故障分析和诊断，并对其进行了详细的分析和诊断。有能力的企业应加强对各类带电设备的检查，尽早地进行安全检查，防止电气安全事故。