變電站電容器的安全運行

劉峰

(昭通供電局，云南 昭通 657000)

1 嚴格控制電容器的運行電壓、電流、環(huán)境溫度

1.1 運行電壓

運行中電容器內(nèi)部的有功功率損耗由其介質(zhì)損耗和導體電阻損耗組成，而介質(zhì)損耗占電容器總有功功率損耗的98%以上，其大小與電容器的溫升有關(guān)，可用下式表示：

P=Qtans=WCU2tans=314C2tans

Q=314CU2

式中：P 為電容器的有功功率損耗，kW；Q為電容器的無功功率，kvar；tanS 為介質(zhì)損耗角正切值；W 為電網(wǎng)角頻率，rad／s；C 為電容器的電容量，F(xiàn)；U 為電容器的運行電壓，kV。

由公式可知：當運行電壓超過額定值將使電容器過負荷，而電容器運行電壓比額定值低，則降低了無功出力，如運行電壓為額定電壓的90%時，無功功率降低19%，使容量沒有充分利用，也是不經(jīng)濟的。同時運行電壓升高，使電容器發(fā)熱而且溫升也增加，由于電容器中介質(zhì)損失引起的有功功率損耗P=WCU2tans也隨著電壓值的平方變化，損耗經(jīng)轉(zhuǎn)換為熱能而被消耗的，運行電壓升高，發(fā)熱量也隨之增加。另一方面，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，在高場強下，絕緣介質(zhì)老化加速，壽命縮短。因此，電容器運行電壓原則上等于額定電壓，并嚴格控制在一定的范圍以內(nèi)，以保證電容器的安全運行。

《變電站運行規(guī)程》中規(guī)定“電容器長期運行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.1倍。”在運行中應經(jīng)常監(jiān)視電容器的運行電壓，超過規(guī)定電壓時應退出電容器組的運行。在選擇安裝電容器組時也要考慮防止電容器發(fā)生過電壓運行，應根據(jù)系統(tǒng)運行電壓水平選用合適額定電壓的電容器。

1.2 過電流

近年來，隨著大型電弧爐、整流設(shè)備、家用電器等非線性用電設(shè)備的廣泛應用，各種諧波源產(chǎn)生的高次諧波電流注入電網(wǎng)，從而引起電力系統(tǒng)的電壓和電流波形的嚴重畸變。電容器對高次諧波最敏感，因為高次諧波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導致電容器過熱損壞。

電容器對電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴重，一般可將5 次～7 次諧波放大2倍～5倍，當系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時，高次諧波電流的放大可達10倍～20倍。因此，不僅須考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運行。

國家標準規(guī)定：(1)電容器能承受100倍額定電流的涌流沖擊，但每年這樣的涌流沖擊不應超過1000 次；(2)電容器允許1.30倍額定電流下長期運行，亦即允許長期承受超過額定電流的30% 的電流；(3)對于電容量最大正偏差10%的電容器，其過電流允許值，可寬放至1.43倍額定電流。在實際的供電網(wǎng)絡(luò)中，運行電壓的升高和電源電壓中的諧波往往是同時存在的，在電容器運行中，發(fā)現(xiàn)嚴重過電流現(xiàn)象，應進行具體分析找出過電流的原因。若運行電壓太高，可調(diào)整變壓器分接頭或在電壓過高時，將電容器退出運行，如電流增大卻沒有伴隨電壓增高時，說明存在高次諧波電流，應采取限制諧波的措施：①在諧波源附近，安裝交流濾波器裝置，是抑制諧波干擾最積極有效的方法；②在并聯(lián)電容器裝置回路中，串接適當感抗的電抗器，使該回路對某次及以上諧波呈感性，避開諧波電流諧振；③ 當電容器組接人電網(wǎng)中，為避免發(fā)生諧振造成的電容器損壞，必須校驗接人電網(wǎng)中電容器組的臨界容量；④限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流，這是從根本上解決問題的辦法。

1.3 環(huán)境溫度

電容器和其它大部分電氣設(shè)備 (變壓器、發(fā)電機)不同，它通常都是在滿負荷下較長時間運行的，而其它電氣設(shè)備則負荷隨時變化。因此，環(huán)境溫度對電容器的運行溫度影響很大。有試驗表明，當溫度升高1O℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍，電容器長期處于高場強和高溫下運行將引起絕緣介質(zhì)老化和介質(zhì)損耗角∝的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許值而發(fā)熱，縮短電容器的使用壽命，嚴重時在高電場強度作用下導致電容器熱擊穿而損壞。按照電容器的有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，電容器的工作環(huán)境溫度一般以40℃為上限，反之，若溫度過低時，因浸漬劑粘度增加，流動性、吸氣性變差，外殼內(nèi)部壓力下降，局部放電電壓降低，結(jié)果也會引起電介質(zhì)老化和擊穿，降低電容器的使用壽命。因此，一方面要選用其溫度類別與實際的運行環(huán)境溫度相適應的電容器，另一方面在電容器的安裝使用中要特別注意電容器在實際使用工況下的通風、散熱和輻射問題，使電容器在運行中所產(chǎn)生的熱量能即時散發(fā)出去，在高溫條件下降低電容器內(nèi)部的介質(zhì)溫度，以達到延長電容器實際使用壽命的目的。

2 電容器的巡視檢查、運行維護

為了保證電容器故障率下降，必須加強電容器組的巡視檢查、日常維護工作。有以下一些有效措施：

2.1 外殼各部是否滲漏；外殼是否鼓肚，膨脹量是否超過正常熱脹冷縮的彈性許可度；室外電容器組未涂冷鋅的還應檢查外殼油漆是否脫落、生銹，當脫落或生銹較嚴重時可涂冷鋅解決；套管是否清潔、完整、有無裂紋、放電現(xiàn)象；引線連接處，各處有無松動、脫落或斷線、發(fā)熱變色。電容器容量與熔斷器容量的配置必須相符等，嚴禁電容器帶病運行。

2.2 運行中電容器出現(xiàn)不正常的異響時，應退出運行。另外，當電容器噴油或起火、接頭嚴重過熱、套管嚴重放電閃絡(luò)、電容器爆炸時，都必須將電容器停止運行。

2.3 電容器停電安全技術(shù)要求：① 斷開開關(guān)，拉開兩側(cè)刀閘；②放電后驗明無電推上接地刀閘；③為防止操作過電壓，電容器與變壓器或饋電線路停、送電時，禁止同時投切。

2.4 接地應良好，運行中每月應對放電電阻及其回路進行一次檢查，確認是否良好。停電檢查工作，應嚴格執(zhí)行《電工安全工作規(guī)程》，電容器接地前應逐相充分放電，星形接線電容器的中性點應接地，串聯(lián)電容器及與整組電容器脫離的電容器應逐個放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應放電。

2.5 正確進行電容器的投切操作。電容器的投入或退出，應根據(jù)母線電壓曲線或按定值由無功自動投切裝置來實現(xiàn)。在投入電容器運行前，應檢查電容器保護在加用位置。正常情況下電容器開關(guān)處在熱備用狀態(tài)，投入后應認真檢查開關(guān)位置及電流電壓變化情況。投切方式目前主要有兩種，一種是通過電壓無功綜合控制裝置進行自動投切，另一種就是由運行人員根據(jù)調(diào)度部門頒發(fā)的電壓曲線來進行。

3 電容器在運行中的常見故障及應對措施

3.1 電容器運行時的電壓允許范圍：電容器必須能在1.05Un 長期運行，并在一晝夜中，在最高不超過1.1 允許運行時間不超過8 h；當周圍空氣溫度24 h 平均最高值低于標準10℃時，電容器能在1.1 下長期運行。電壓升高也會引起電容器的過流。電容器應能在1.3U情況下長期工作，運行中超過規(guī)定時應將電容器退出工作。

3.2 運行中的電容器出現(xiàn)不正常的異響時，說明內(nèi)部異常或外力對電容器有損傷；電容器出現(xiàn)滲漏油、外殼鼓肚，膨脹的現(xiàn)象時，有可能是由于運行溫度過高、運行電壓過高或高次諧波引起過電流，應立即將電容器退出運行，查明具體原因，找出對策。

3.3 當電容器的熔斷器熔絲熔斷時，應向值班調(diào)度員匯報，待取得同意后，再斷開電容器的斷路器。在切斷電源并對電容器放電后，先進行外部檢查，檢查電容器是否鼓肚、過熱、開裂、以及熔絲元件熔斷狀況，如未發(fā)現(xiàn)故障跡象，可換好熔斷器熔絲后繼續(xù)投入運行。如經(jīng)送電后熔斷器的熔絲仍熔斷，則應退出故障電容器進行檢查，若檢查發(fā)現(xiàn)無異常，且各項指標均合格，方可投運。對于電容器組而言，每只電容器都有單獨的熔斷器。所以，當某一只電容器故障時，其熔絲熔斷，不致影響其它電容器，熔絲可按1.375In～1.5In 選擇。

3.4 合閘投人電容器前，必須放電完畢，禁止電容器帶電荷時合閘。保護裝置自動跳閘后，電容器不得強行合閘送電，要判明原因并經(jīng)處理后再投入運行。另外，電容器上不允許安裝自動重合閘裝置。

3.5 當電容器噴油、著火時，應立即斷開有關(guān)設(shè)備的電源，并用沙子或干式滅火器滅火。此類事故多是由于系統(tǒng)內(nèi)、外過電壓，電容器內(nèi)部嚴重故障引起的。

4 結(jié)語

由于變電站中的電力電容器作為無功功率補償裝置對電網(wǎng)而言十分重要，因此，運行人員要充分考慮到用電設(shè)備、電網(wǎng)、使用環(huán)境等對電力電容器使用壽命的影響，要高度重視電力電容器的正常運行維護，保證電容器的內(nèi)在質(zhì)量，提高電容器的使用壽命，為電網(wǎng)的經(jīng)濟、安全運行提供有利的保障。