煤層氣電網關閉所電力電容器故障分析與對策

邵明汝，李彥超，劉劍，楊紅偉，王桂田，南華，玄冠濤

（1.華北油田公司水電廠，河北任丘062552；2.山東農業大學機電學院，山東泰安271018 3.山東農業大學農學院作物學博士后流動站，山東泰安271018）

故障診斷與維修

煤層氣電網關閉所電力電容器故障分析與對策

邵明汝1，李彥超1，劉劍1，楊紅偉1，王桂田1，南華1，玄冠濤2，3

（1.華北油田公司水電廠，河北任丘062552；2.山東農業大學機電學院，山東泰安271018 3.山東農業大學農學院作物學博士后流動站，山東泰安271018）

煤層氣電網運行以來開閉所的電力電容器頻繁發生故障，給煤層氣的生產帶來了很大的影響，也給水電廠對外服務的形象造成了不良的后果，電力電容器的故障雖然不能造成煤層氣供氣的中斷以及大面積的停電，但對壓縮機的正常運行以及經濟運行造成的損失都是很大的，為此，必須解決好這個難題，從根本上找出問題的所在，提出解決方案，并最終予以實施。下面就電力電容器經常發生故障的原因進行全面的分析和解剖，結合山西煤層氣電網的特點提出整改方案。

電力電容器；煤層氣；電壓；運行

水電廠山西煤層氣分廠的主要目標是為煤層氣分公司的煤層氣生產服好務，保證煤層氣電網安全、可靠、經濟運行。由于山西特殊的地理結構和環境特點，使其對電網的整體維護造成了很大的不便和困難。電力電容器作為開閉所中壓縮機運行補償的電器設備，對壓縮機的正常運行起到很大的作用[1-2]。煤層氣電網現有10座10 kV開閉所，壓縮機20臺，每一臺壓縮機都有電力電容器補償柜，它是保證煤層氣外輸加壓的必備設施，保證它的可靠運行就是提高了煤層氣的氣量外輸能力，所以，電力電容器的故障問題必須徹底解決。

1煤層氣電網電力電容器的故障現象

1.1 電容器制造原因及分析

由于電容器制造原因引起的故障大多是由于一些小的生產廠家靠貼牌大公司進入煤層氣電網來的。高壓電力電容器本體是由多個元器件組成的，由于原材料及制造工藝的等原因，介質中可能存在雜質、機械損傷、針孔、清潔度低等問題，造成電容器制造原因發生故障，這是由于水電廠山西煤層氣分廠建立之初，對入網的設施和設備進行的檢查和驗收中，不具備先進的儀器儀表和校驗平臺，再加之當初有一些施工隊伍的技術手段比較落后，驗收不全面，造成個別不合格產品進入電網，從而引起故障的發生。樊三站開閉所電力電容器在投入運行后的故障，經分析就是因為生產廠家為了降低成本，私自提高了設計場強，從而造成電力電容器本體故障[3]。

1.2 操作過電壓引起的電容器損壞

電力電容器對電壓是非常敏感的，每一次的操作，都有可能引起電感—電容回路的震蕩過程，從而產生操作過電壓；在操作過程中，如果斷路器發生電弧重燃，這將引起強烈的電磁振蕩，出現更高的操作過電壓。這一過電壓的幅值，與被操作的電力電容器的容量大小有關系，也與斷路器電弧重燃時觸頭間的電位差有關。在實際測試的結果中，在投切10 kV電力電容器組時，操作過電壓為正常值的1.5倍，沖擊電流最大為6倍。由此可見，對電力電容器的操作所引起的過電壓是對其安全運行危害是極大的。這種故障現象在煤層氣電網的10 kV開閉所電力電容器以及35 kV變電站電力電容器組中，還沒有發生過，因此引起的故障問題不作為分析和研究的重點。

1.3 溫度對電容器的影響分析

溫度對電力電容器的影響是非常大的，一般情況下，電容器工作時，其內部介質的溫度應低于65℃，最高不超過70℃，否則，就會造成過熱擊穿，或者發生電容器鼓肚現象。另外就是環境溫度的電容器影響，目前來說，我國設計的電容器周圍環境溫度一般在-25~40℃之間，環境溫度不超過40℃的要求，這在山西煤層氣電網中是很難做到的，一個是變電站和開閉所大都建在山坳里，四處是山，太陽直射；另一個就是為防止小動物進入和其他安全方面的要求，門窗嚴實，通風不好。

過高的環境溫度會使電容器在工作時所產生的熱量散不出去，使電容器進一步加熱，這樣，內外雙重作用，加速了電容器溫度的上升，從而加劇了電容器各元器件的老化，就很容易造成電容器故障。樊五集氣站開閉所1#壓縮機補償柜內電力電容器的鼓肚現象，經分析就是這種原因造成的。起因為設備運行巡視人員在對樊五集氣站開閉所進行正常的巡視過程中，發現1#壓縮機補償柜內電力電容器聲音異常，震動聲音較大，經過運行方式的改變，進行停電檢查，發現柜內一部螺絲松動，緊固加強后，又對電容器進行了測試，發現A相電容器的電容量嚴重超標，其測試的主要結果如表1所列。

表1 電容量檢測表

鑒于以上的測試結果，對照電力電容器運行規程的要求，得出結論是：該項電容器的電容量指標已經嚴重超標，建議停止運行，進行更換。

1.4 諧波對電容器的影響

當電網的電壓波形發生一些畸形的變化時，這些非正弦波形可以用數字分析的方法分解成50 Hz的基波和數倍于基波頻率的高次諧波，基波和高次諧波的疊加就是這個畸形的波形。對電容器來講，一般不存在偶次倍數的諧波，另外，中性點不接地星形連接的電容組的相電流和三角型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次諧波的影響最大，也是限制的重點。高次諧波會使電容器產生過電流和過負荷，兩者超過的倍數并不一樣。同時，高次諧波電流所造成的電流波形畸變，遠比電壓波形畸變嚴重得多。再者，電容器對諧波電壓的反應比較敏感，在發生諧波共振的情況下，會造成電容器成倍的過負荷，嚴重地使電容器無法運行直至損壞[4-5]。

2電容器故障的對策

2.1 電容器本體原因的對策

任何電器設備運行的質量首先決定于本身的制造水平，因此，對電力電容器的交貨驗收以及正式投入運行前的測試尤為重要。另外就是選擇信譽度高、制造規模比較大、行業內的名牌產品。加強對產品廠家的考察和產品的抽查工作，從源頭上杜絕假冒、偽劣產品流入到正常的電網運行中；強化電容器等設備、設施的交接驗收和測試工作，一方面是到貨的初次驗收，另一方面是施工過程中的質量控制和施工完成后的全面測試。

2.2 操作過電壓的對策

雖然在煤層氣電網中沒有發現由于操作過電壓引起的電力電容器故障，但也應加強這方面的預防工作，一方面煤層氣電網中的電力電容器都采用了真空斷路器來降低操作過電壓的影響，另一方面就是盡量減少電容器的投切次數。

2.3 溫度影響的對策

對于溫度過高對電容器的影響，主要是增強電容器室內的通風情況，為防止小動物進入室內可以選用網狀的封堵方式，也可以增加一些降溫設施。再就是加強對設備的巡視次數和檢查頻率，增長開門通風的時間。

2.4 諧波影響的對策

對于系統中有諧波源，并且影響到電容器安全運行時，應首先對用戶采取相應的有關措施來降低高次諧波分量，主要有：增加整流器的相數、限制大型整流器在電網中的連接容量、采用調諧電抗器、微電感電阻和濾波電容器等制成專用高次諧波濾波裝置。其次應考慮由于電網系統中諧波的存在，所采取的有效方法，目前來說，就有效的方法就是在電容器回路中串聯電抗器，現在煤層氣電網中35 kV變電站和10 kV開閉所的電容器回路都串聯接入了電抗器，效果非常明顯。

3結束語

電力電容器的故障與本身的制造質量及其控制、電網的運行參數、電網的運行狀態、外部的環境等因素有關，正確分析故障，提出注意的問題和改進的方法，進而減少或杜絕故障的發生，更好地提高功率因素。降低電能損失、減少設備損壞，提高煤層氣電網的運行可靠性，提升水電廠的服務形象，為進一步開拓新的供電服務市場創響水電品牌。

[1]王向臣，徐宏全，于長永，等.電網無功補償實用技術[M].北京：水利水電出版社，2009.

[2]房金蘭.我國電力電容器技術的發展[J].電力電容器與無功補償，2010（1）：1-4.

[3]趙畹君，謝國恩，曾南超，等.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2009.

[4]汪佳.電網規劃中的三大關鍵技術研究[D].長沙：湖南大學，2012.

[5]康重慶，夏清，劉梅．電力系統負荷預測[M]．北京：中國電力出版社，2008．

Fault Analysis and Countermeasures of Power Capacitor in CoalBed Gas Power

SHAOMing-ru1，LIYan-chao1，LIU Jian1，YANG Hong-wei1，WANG Gui-tian1，NAN Hua1，XUAN Guan-tao2，3
（1.Hydraulic Power Plants of Huabei Oilfield Company，Renqiu Hebei 062552，China；2.College ofMechanical and Electronic Engineering，Shandong Agricultural University，Tai’an Shandong 271018，China；3.Postdoctoral Station of crop science，College of Agronomy，Shandong Agricultural University，Tai’an Shandong 271018，China）

Since the opening and closing of coalbed gas power grid power capacitor the frequent fault，has brought great influence to the CBM production，but also to the hydropower plant service image caused by adverse consequences，the fault of the power capacitor although not caused by coal seam gas supply interruption and power outages caused by large area，but for the normal operation of the compressor and the economy loss is very big，therefore，we must solve the problem，find the problem fundamentally，propose solutions，and ultimately to be implemented.The reason for the frequent failure of the power capacitor is analyzed and dissected，and combined with the characteristics of Shanxi coal-bed gas grid to propose the reform program.

power capacitor；coalbed gas；voltage；operation

TM 53

A

1672-545X（2016）12-0196-03

2016-09-30

山東農業大學青年科技創新基金項目；山東省自然科學基金項目（編號：BS2015NY012）；山東農業大學智能農機裝備項目

邵明汝（1962-），男，山東人，中專，研究方向：繼電保護；玄冠濤（1979-），男，山東人，博士，講師，研究方向：機電自動化。