電容器組的維護和保養

周 偉，張宏閣

（河南工業職業技術學院，河南南陽473009）

1 電容器組的日常運行維護

1.1 電容器運行中允許的過電壓

電容器的無功功率、損耗和發熱都與運行電壓的平方成正比，長時間過電壓運行，會導致電容器溫度過高，使絕緣介質加速老化而縮短壽命甚至損壞，但是溫度升高需要時間積累熱量。而運行過程中，由于倒閘、電壓調整、負荷變化等因素可能引起電力系統波動，產生過電壓，有些過電壓幅值雖然較高，但作用時間短，對于電容器影響不大，但不能超過一定時間限度。

（1）運行電壓對電容器的影響。電容器的無功功率與電壓的平方成正比，因此電壓變動時對電容器會有影響。此外，運行電壓升高，會使電容器溫度增加，壽命縮短，電壓過高會造成電容器損壞。

（2）電壓波形畸變和升高對電容器的影響。在配電網中由于整流負荷等影響，常使部分網絡中高次諧波電流增加，并使受端母線電壓波形畸變。并聯電容器使母線電壓高次諧波成分增加，高次諧波的存在將使容抗下降，產生較大的高次諧波電流，從而使電容器組產生嚴重過電流。

1.2 電容器運行中允許的過電流

電容器的過電流，除了因過電壓引起的工頻過電流外，還有電網高次諧波電壓引起的過電流。因此。設計電容器的允許過電流的限額比過電壓高。電容器允許長期運行的過電流倍數為1.3，即可超出額定電流30%長期運行。其中的10%為允許工頻過電流；20%為留給高次諧波電壓引起的過電流。

諧波的限制通常采用裂相整流的方法（如變12 相為36 相整流），或者采用在電容器回來串聯小電抗器的方法。

1.3 電容器運行溫度

電容器運行溫度是保證電容器安全運行和達到正常使用壽命的重要條件之一。

電容器的絕緣介質依照材料和浸漬的不同，都有規定的最高允許溫度。此外，溫度過低也同樣對電容器不利，低溫會使電容器介質游離，電壓下降，甚至可能凝固，如果此時投入運行，因中心溫度升高快，體積膨脹可能開裂。但是如果在嚴寒季節退出運行，則可能使內部產生真空。故對YL 型電容器規定－25°～40℃的范圍。

1.4 電容器的其他維護

電容器是靜止和全密封的電氣設備，日常的維護工作量較少。電容器應定期停電檢查，每個季度至少一次，主要檢查以下幾方面。

檢查電容器殼體、瓷套管、安裝支架等部位是否有積灰或者有污物存在，并進行認真清掃，以防產生靜電導致短路。運行一段時間后，考慮到熱脹冷縮，應定期停運檢查各連接點的螺絲，檢查時應特別注意各連接點的連接是否松動，若發現應逐一緊固。

必須定期仔細檢查電容器套管及支持絕緣子有無裂紋及放電跡象。

每月對電容器熔斷器的熔體進行一次檢查，若發現燒壞，應立即更換，熔體的規格應根據電容器電流大小確定。更換電容器熔斷器的熔體前，應對電容器放電。如果發現某個熔體經常熔斷，應重點檢查與其連接的電容器并及時處理。在一年內要測量電容器的損耗角正切值2－3 次，目的是檢查電容器投入運行的可靠性，每次測量都應在額定電壓下或近于額定值的條件下進行。

每兩年做一次預防性試驗，主要測量絕緣電阻、電容值，不合格的應退出運行。其交流耐壓值必須按電容器的額定電壓等級確定，直流耐壓試驗值為交流耐壓值的2 倍。

定期檢查儀表指示是否正常。

對于戶外運行的電容器組，其運行環境比較惡劣。因此，應定期對銹蝕處及時除銹補漆。

電容器的外殼必須有良好的接地。

2 密集型電容器日常運行維護

由于是戶外運行，其運行環境比較惡劣。因此，應該定期進行清除污垢，并對銹蝕及時除銹補漆。

裝置投運期間，應定期檢查。無人值班變電所至少每周一次。若發現樁頭發熱，電容器殼箱膨脹，應停止使用，待查明原因并處理后方可繼續投入。

電容器自回路斷開后，為防止操作過電壓等原因引起電容器損壞，一般都要求大于5min 后再進行下一次操作，強調一分鐘內不得重新投入。

定期進行預防性試驗工作，其周期可定為兩年一次，結合防雷預試一并進行。

密集型電容器的機械連接部位全部采用焊接，其維護工作量少，無需像變壓器一樣定期吊芯檢查。

日常巡視中，如果發現電容器呼吸器內的硅膠已變色，表示已失去吸濕能力，應立即更換，更換時還要測定絕緣油的擊穿電壓，且呼吸器中的油位應保持一定的高度，防止空氣直接進入箱體。

要求油位在規定的標尺內，呼吸器中的油杯必須經常保持有油。油標油位應高于電容器引線樁頭，否則應補充合格的絕緣油，要防止空氣直接進入箱體，特別是冬夏兩季。如果發現漏油，要及時處理。補充進去的絕緣油要與原箱體內油標號一致，否則要做混油試驗。

定期進行預防性試驗工作，其周期可定為兩年一次。

密集型電容器在日常運行操作過程中，由于電容器是儲能元件，在進行操作過程中的充放電都存在一個較長的暫態過程，如果因熔斷器連續操作而多次充放電，就有可能產生操作過電壓而損壞電容器。因此，不應該連續操作熔斷器對電容器進行放電。對于每一次操作之后，不論斷路器操作成功與否，都應間隔一定的時間（一般大于5min）才能進行下一次操作。

3 影響電力電容器的安全運行的因素

電容器是靜止設備，但是由于制造技術和質量問題或運行維護不當，也會出現異常現象和事故，同時，它屬于儲能元件，在電力系統中受過渡過程的影響，以及它與感性元件的相互作用在一定條件下產生諧振，造成投切操作及運行中的一些不利因素。

安裝、接線不符合安全要求。電容器的額定電壓要與所接電網電壓相符，安裝電容柜的室內，應無腐蝕性氣體及水蒸氣，不受雨、雷、塵土侵襲，沒有劇烈振動、沖擊、爆炸、易燃等危險。電容器要有良好的通風環境，應避免日光直接照射柜體。

電容器制造質量不良。由于材料和制造工藝與標準有差距，造成隱患，必然影響電容器運行的安全。例如，電容器內部元件被擊穿引起爆炸，因此生產廠家一定要選用高質量的材料和規范的制作工藝來制造電容器。

環境溫度的影響。電容器的運行溫度是主要的監視項目，溫度不超過允許范圍是保證電容器安全運行和預定使用年限的主要條件。

4 電力電容器性能簡易判斷方法

4.1 外部觀察聽診法

如果發現電容器外殼變形，有膨脹鼓肚現象，則說明電容器內部的絕緣電介質或電極有損壞，應立即退出運行并更換新品。

如果發現電容器高壓瓷瓶閃絡炸裂或已出現噴油、溢出內部絕緣介質等現象，應判斷為電容器損毀，立即退出運行并更換新品。

電容器運行時，不應該有任何響聲。例如，聽到有異常“噼”、“啪”放電聲或“嗡嗡”沉悶響聲，說明電容器內部必有故障，應立即停運，做進一步檢查處理或更換新品。

4.2 絕緣搖表測試法

將待測電容器放電并拆開電容器的外部連線，選用與電容器工作電壓相當的電壓等級的兆歐表（一般規定：1000V 以下用500V 或1000V，1000V 以上的使用1000V 或2500V 兆歐表）。搖測時應戴絕緣手套或站在絕緣體上，按約120r／min的轉速保持勻速，再將測試線或測電筆可靠接觸到電容器被測導體，并保持搖表按120r／min 的轉速勻速30－60s，讀取數據后，迅速將測試線（筆）離開被測試品切斷電路，然后才降低和終止搖表搖把的轉動，以免被測電容器的剩余電荷損壞搖表。

如果兆歐表搖測時表針從零開始，逐漸增大至一定數值并趨于平穩，搖測后電容器短路時有放電的清脆響聲和火花，說明電容器充放電性能良好，只要絕緣不低于規定值，即可判斷該電容器為合格，可放心投入運行。

如果兆歐表有一些讀數，但短路時卻沒有放電火花，則表示電極板和接線柱之間的連接導線已斷裂，必須退出運行或更換新品。

如果兆歐表停在零位，則表明電容器已經擊穿損壞，不得再次使用。

5 高次諧波的危害

當電容器工作于含有“諧波源”的電網上時，對于n 次諧波而言，電容器的容抗將是基波時的1／n。因此，諧波對于電容器工作電流的影響是很大的。例如，就5 次諧波而言，如果其無功功率為基波的6%，那么它所引起的電壓就僅為基波額定電壓的，而它所提供的電流卻高達基波電流的5×6%＝30%。高次諧波電流極容易使電容器擊穿引起相間短路。考慮到諧波的存在，故規定電容器的工作電流不得超過額定電流的1.3 倍。必要時，應在電容器上串聯適當的感性阻抗，以限制諧波電流。

諧波能導致系統運行電流、電壓正弦波畸變，加速電容器絕緣介質老化，降低電容器使用壽命或因長期過熱而損壞，特別是當高次諧波發生諧振時，最容易使電容器過負荷、過熱、振動甚至損壞。

對電容器來講，一般不存在偶次倍數的諧波。此外，中性點不接地星形連接的電容器組的相電壓中，都不包括3 次及其整數倍的諧波。因此，主要考慮5、7、11、13 等次諧波的影響。在這些高次諧波中，以5 次諧波最為顯著。

對于系統中有諧波源，而且影響到電容器安全運行時，首先應對諧波源采取相應措施以降低高次諧波分量。抑制高次諧波的方法很多。例如，增加整流器的相數，限制大型整流器在電網中的連接容量以及采用調諧電抗器、微電感電阻和濾波電容器等專用高次諧波濾波裝置等。其次應考慮由于系統電壓中諧波的存在，采用何種措施才能限制諧波的放大。目前，為了保護用于無功補償的并聯電容器，最有效的方法是在電容器回路中串聯電抗器。

電抗器與電容器是一組設備的兩個部分，串聯的電抗器和電容器都應具有一定的過載能力。只要諧波電流和電壓在不超過允許值的范圍內，電抗器和電容器就能夠安全可靠地運行。

電網中的高次諧波源主要來自非線性負載，如電網中的晶閘管鎮流裝置、變壓器鐵芯非線性飽和以及電弧爐變頻器等。高次諧波對電容器的危害甚大，首先使電容器過流、發熱、增加損耗，導致介質絕緣性能下降，最后造成內部擊穿。同時可能形成電流諧振，一旦產生電流諧振，將使大批電容器過流、熔斷器熔斷或發生爆炸事故。防止高次諧波對電容器的危害，可提高電容器組的額定工作電壓，以提高電容器的絕緣介質強度。例如，將額定電壓500V 的電容器用在400V 的電源上。

6 電容器的過電流和過負載

6.1 電容器的過電流

電容器在以下幾種情況下可能出現過電流。

電容器組投入電力網時產生合閘浪涌電流。一般合閘浪涌電流為正常電流幅值的6－8 倍，極容易損壞電容器及投切開關。因此應盡量選用電容器專用的投切開關，并應在電容器組中串聯電抗器。

運行電壓升高使電容器過流。由于電容器的無功功率與運行電壓的平方成正比，因此電壓升高，無功電流也增大，其后果是使電容器溫度升高。

電源電壓波形畸變正常電容器過流。在電力系統中，由于大功率晶閘管鎮流器的廣泛應用，電解工藝變壓器鐵芯的飽和等，都會使電源電壓的波形發生畸變。凡是非正弦波電壓，均可分解為基波和各種倍頻的高次諧波。由于容抗與頻率成反比，諧波次數越高，對該次諧波電壓變形出的容抗越小，該次諧波電流就越大。由此可知，某次諧波電流所造成電流變形畸變，遠比電源波形的畸變嚴重。尤其當并聯電容器補償裝置的電容器與輸電線和變壓器的電感形成振蕩回路時，還可能出現電流諧振，該諧振將使電容器嚴重過負荷，造成熔斷器熔斷，使電容無法投入。

6.2 電容器過負荷

電容器在使用過程中要防止過負荷，引起電容器過負荷的原因主要有以下幾個方面：①實際運行電壓高于電容器額定電壓；②諧波電壓引起的過電壓；③電容器容量的正偏差。

引起第一種過負荷的原因是電容器的無功功率為：

可見，電容器無功功率與電壓的平方成正比，運行電壓太高，將使電容器無功功率大大增加，并使電容器溫度升高，嚴重時使電容器發生熱擊穿。防止措施是降低連接電容器的母線電壓。若電壓波動幅度較大，可裝設電壓自動投切電容器裝置。引起第二種過負荷的原因是電路中的非正弦電壓和非線性元件造成的。非線性元件一般是指鎮流器、電弧爐、鐵芯線圈等。負載在非正弦電壓作用下將產生非正弦電流。而高次諧波使總電流比基波電流的有效值增加，也使平均功率增加。防止措施是在電容器回路中串聯電抗器，它還具有限制投切涌流的作用。若電容器安裝運行的電壓并不高，但電容器過電流嚴重，則需考慮供電網絡高次諧波的影響。

以上綜合分析了電力電容器的運行維護及保養方法等。在實際應用中，應全面綜合考慮多種因素的影響，為電容器提供必要的運行條件，盡可能減少電容器存在的不安全因素。這樣，電容器就能夠正常穩定地工作。

［1］周志敏，周紀海，紀愛華.無功補償電容器配置運行維護［M］.北京：電子工業出版社，2009.

［2］陳家斌.變電運行與管理技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［3］芮靜康.常見電氣故障的診斷與維修［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［4］趙蓮清，劉向軍.電氣安全［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.