500kV高壓并聯電容器組故障分析

陳沖

摘 要：文章針對500kV某變電站電容器組成套裝置，發生差電壓不平衡保護動作。通過對事故電容器進行解體試驗，結合現場檢測的情況，進行了模擬計算，提出了故障分析的方法以及改善方案。

關鍵詞：電容器；事故分析；處理建議

1 500kV某變電容器組故障及處理情況簡述

我公司[簡稱NW]接到某超高壓通知：某站其中一組電容器組成套裝置發生不平衡電壓保護動作。NW人員在接到通知后立即趕到現場配合進行了檢查、試驗，確定了更換的方案，其中更換了15臺，經判斷15臺中有5臺電容器容量變化超標（1臺容量變為0，另4臺容量變化在5%～8%），有10臺電容器容量變化經估算在1只元件左右，更換返廠的目的是為了能對5臺容量變化超標產品的判斷分析更具代表性。

2 變電站電容器裝置的基本情況

3 電容器結構情況的說明

電容器型號為BAM6r12/2-334-1W，單瓷套，臥放方式。電容器串并聯為12并4串，箱殼尺寸為440*180*760，露箔式結構，介質結構為15+15μm，帶內熔絲結構，場強為50kV/mm。

4 試驗、解剖情況

發現電容器編號198號單臺電容器出現開路現象，電容器有鼓肚、絕緣油發黑現象。其中：第一串的第1、4、9、12個元件損壞，其中第1、4個元件是擊穿的，第9、12個元件主要是熔絲熔斷燒壞的。第二串的第1、2、12個元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。第三串的第1、2、5、9、11個元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。第四串的第1、9、11、12個元件損壞，主要是熔絲熔斷燒壞的。

通過現場了解和電容器的解剖，發現以下情況：在故障現場發現，變電站有一臺電容器電容量為0（即開路）。根據現場檢測發現，此變電站發生容量變化的電容器絕大部分分布在框架的上層。解剖的故障電容器中元件的擊穿點在元件的大面位置。此變的198#容量變化為0的電容器，解剖中發現部分元件內熔絲襯墊上有明顯的燒灼痕跡，有些嚴重的已在元件的表面外包薄膜上留下了受熱的印痕，另外有部分內熔絲未充分氣化，變成很多的小段留在紙板上。

5 故障情況分析

5.1 關于電容器組不平衡電流保護動作的計算復核

繼電保護動作的主要原因應該是由于其中的一臺電容器電容量變化為零引起的。通過相應理論計算所得的保護動作電壓與實際保護動作電壓非常接近。

計算一下根據實際測量結果應產生的保護出口電壓。

單臺電容器的額定電壓為12/2kV，4串。由于沒有獲得當時電容器運行電壓，我們先假設故障前裝置的線電壓為U0=38kV，考慮串聯電抗器的分壓之后電容器組承擔的電壓為22/（1-0.12）=25kV。

當PT的變比為120：1時，如果差電壓保護的定值設為3伏的話，則這時允許切除的故障元件數為9只，完好元件上將承受2.3倍的過電壓（超出GB11024.4-2001中4.2及5.3.1條關于內熔絲隔離和試驗條款的要求），故障串聯段完好的電容器也將在大于1.05倍的過電壓下運行，因此從電容器組穩定運行角度來說不甚合理，一旦等到繼電保護動作時，可能會發現由于一臺電容器的損壞而發展到多臺受損的情況。

5.2 關于電容器容量變化的分析

分析認為：此變電站的繼電保護動作是由于電容器內部元件擊穿，一臺電容器容量變零引起的。引起電容器元件擊穿的可能原因大致有以下幾點：

現場及元件擊穿點位置情況：

大部分容量變化大的電容器基本上發生在裝置的上層，同時解剖過程中擊穿點位置在瓷套側元件部分占總的擊穿元件的75%。通過以上數據，我們可以發現，電容器的擊穿點在電容器的溫度較高部分，可見溫度在促使電容器絕緣介質劣化上發揮了一定的影響。

分析意見：

裝置上層受陽光照射后相對溫度較高，在夏季時周圍環境溫度也很高，就會出現上層比下層更容易發生元件損壞現象，出現更高的淘汰率，這是由于工作于溫度類別上限或高于上限值時，絕緣材料的熱劣化現象造成的。不排除個別電容器及內部元件的損壞也有可能是材料存在的個別偶然的弱點，經過運行后出現的自然淘汰現象。

該變電站的電容器元件在熔絲連接片處擊穿，由于損壞比較嚴重，鋁箔和側面銅帶相連接造成了整個串聯段短路，所以此單臺電容器出現熔絲群爆而第三個串聯段短路的現象。短路點電流很大、溫度很高，造成絕緣油快速汽化，導致箱殼鼓肚。同時由于上述的一些原因而使其他幾臺電容器也受到影響，出現少量的不同程度的容量變化。

此變電站繼電保護動作時的出口電壓值與模擬計算值基本一致，保護動作正確的切除了故障電容器組，判斷事故的直接原因是上層的個別電容器內部元件絕緣受到熱的作用劣化，耐電性能下降發生擊穿，在保護定值內發展到一個串聯段的內熔絲全部熔斷并影響其他串聯段，最終由一臺容量變零導致了差電壓不平衡保護動作。

6 建議

個別電容器及內部元件可能受環境溫度、陽光照射的影響，使絕緣材料出現熱劣化現象，考慮電容器能夠安全穩定運行，建議是否可以采取在夏天遮陽的措施來解決。按現行的繼電保護整定原則，電容器組電壓差動保護定值存在略偏大的情況，建議對電容器組重新進行保護整定值核算，對內熔絲電容器宜按完好串聯段電容器元件允許過電壓值進行整定，提高保護靈敏度，以及時地切除故障電容器組，避免損壞面由于個別電容器偶然的損壞而擴大。以上分析、建議如有不妥之處還望諒解并給我們多提寶貴意見，謝謝！

參考文獻

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