低壓并聯電容器熔斷器頻繁熔斷原因分析

張順麗，李永彬，王 浩

(1.國網河南省電力公司檢修公司，河南 南陽 473000；2.國網河南省電力公司南陽供電公司，河南 南陽 473000)

0 概述

在某省500 kV變電站中，35 kV低壓無功補償裝置常規配置有并聯電容器、并聯電抗器，用于調節系統電壓質量，滿足供電要求。其中，低壓并聯電容器在系統中的作用如下：

(1) 補償感性負荷和電網感性元件的無功功率，提高功率因數，降低功率損耗和電能損耗；

(2) 改善電壓質量；

(3) 提高發供電設備的效率；

(4) 減少變配電設備的投資；

(5) 減少用戶的電費支出；

(6) 用于靜止補償器，以提高系統穩定性和維持電壓恒定。

1 低壓并聯電容器組型號及接線位置

某500 kV變電站低壓無功補償裝置配置有4組電容器、4組電抗器，其中1，2號TBB35-60120/334-AQW低壓并聯電容器在運行中發生了電容器熔斷器頻繁熔斷現象。

電容器組在系統中的一次主接線如圖1所示。

2 1，2號電容器熔斷器頻繁熔斷詳情

1，2號電容器于2007-06-19投運，3，4號電容器于2008-07-05投運。投運初期，變電站內過往負荷不大，電容器利用率不高。隨著附近大功率用戶(鋼廠、鋁廠等)投產后，感性負荷增大，為避免系統電壓越下限運行，電容器必須投入運行。自2011年1，2號電容器投入運行以來，電容器鼓肚、漏油情況時有發生，經常出現熔斷器熔斷現象。

圖1 電容器組在系統中的一次主接線示意

2.1 電容器熔斷器熔斷時的具體現象

電容器熔斷器熔斷時，會出現“保護跳閘”“差流保護動作：A相差流，0.200A；B相差流，3.330A；C相差流，0.010A”；B相第16只保險熔斷；橋差電流不平衡，橋差接線差流值二次側達到0.57A，延時0.2 s跳開本回路斷路器。

2.2 電容器熔斷器熔斷的歷史記錄

現以2號電容器2014年4—7月運行記錄為例，其熔斷記錄如表1所示。

表1 2號電容器2014年4—7月運行熔斷記錄

3 熔斷器的熔斷機理

該500 kV變電站中型號為BAM11/2-334-1W的單只電容器，配置了BR8型系列改進型噴射式熔斷器，主要由熔管、熔芯及支架組成，適宜環境溫度-40—55 ℃。

3.1 熔斷器的熔斷過程

并聯電容器的內部芯子由多個元件串并聯組成。當某個元件發生擊穿短路后，在故障電容器內部，該故障元件所在串聯段短路引起電容器內部串聯段減少，電容量增大，流過電容器的電流也相應增大，健全的各串聯元件上的電壓亦隨之增大，因此故障有可能繼續發展。當擊穿短路的串聯元件達到一定數值時，與電容器串聯的熔斷器的熔絲流過的電流增大，使熔體熔斷，其尾線在彈簧反彈拉力的作用下，拉長了熔斷點的電弧；同時滅弧管產生氣體，使熔管內的壓力迅速增大，致使電弧迅速熄滅，故障電容器與系統隔離，從而起到保護作用。

3.2 單只電容器熔絲的配置原則

熔斷器熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置，熔斷器在通過該電流時不熔斷，當電容器內部有50 %—75 %串聯元件段擊穿短路時適時熔斷。如電容器內部元件發生貫串性短路，熔斷器能在電容器外殼爆裂前開斷，切除電容組中故障電容器，避免事故擴大。

3.3 熔斷器動作后的檢測

熔斷器動作后，要查清動作原因，了解熔斷器是誤動作還是正常動作，必須對熔斷器動作過的電容器進行性能檢測。若電容器損壞，必須更換電容器，不允許減容運行及帶故障電容器單元合閘。檢查電容器時，一定要測量極間電容量和對殼絕緣電阻，最好開展耐壓試驗。

4 熔斷器頻繁熔斷的后果

從表1可以看出，2號電容器在2014年4—7月運行中連續熔斷5次。每次熔斷器熔斷后，橋差保護均動作斷路器跳閘，系統電壓降低，電壓質量下降。檢查電容器故障情況及更換熔斷器時，均需將電容器與系統隔離，并做好安全措施。

頻繁更換電容器及熔斷器將造成極大的浪費，為此需分析電容器熔斷器頻繁熔斷原因，以避免電力設備物資浪費，確保系統正常供電，顯得尤為重要和迫切。

5 熔斷器頻繁熔斷原因分析及應對措施

5.1 過電壓

電容器組額定電壓為35 kV，超過額定電壓運行將造成不允許的過負荷。電容器在超過1.10倍額定電壓下運行，將造成介質場強增高而影響電容器的性能和壽命；當過電壓的幅值及作用時間超過允許值時，將造成電容器內介質局部放電、局部過熱乃至絕緣擊穿。電容器穩態過電壓的限值及持續時間如表2所示。

表2 電容器穩態過電壓的限值及持續時間

因此，電容器在運行、投退過程中應密切監視35 kV系統電壓情況，超過1.10倍額定電壓，即38.5 kV時電容器不應再投入運行，已投入的電容器應及時退出運行。系統容性無功如果不足，需要投入電容器來提高系統電壓時，應該注意到功率因數。在功率因數不低的情況下，單純投入電容器對提高220 kV，500 kV系統電壓的作用不明顯，對35 kV系統電壓升高作用則比較明顯。35 kV母線電壓的升高，將使電容器的實際出力變大甚至過載，導致熔斷器熔斷。

因此，在功率因數低的情況下，雖然可以投入電容器，但此時要注意母線電壓，不能超過38.5 kV(1.10倍額定電壓)。電容器退出、投入操作要間隔5 min，防止電容器帶電荷合閘。電容器帶電荷合閘，可能使電容器承受約2倍的額定電壓，峰值甚至更高，這對電容器是有害的；同時也會造成很大的沖擊電流，造成熔斷器熔斷。

5.2 高次諧波引起的過電壓、過電流

高次諧波會引起諧振和諧波放大，電容器組的容量選擇以避開諧振點和避免諧波放大為原則。同時，高次諧波還會引起電容器過電流，因此可在電容器組與系統間串聯小電抗器(見圖1)，降低回路的諧振頻率，以抑制高次諧波和合閘涌流。該變電站對1，2號電容器組在大負荷期間進行了諧波測試(至少48 h)，測試結果沒有發現異常問題。

5.3 熔斷器配置不當

電容器熔斷器配置為100 A保險絲，單只電容器電容為35.15 μF，額定電壓11/2 kV，依據公式I=Uωc，可得單只電容器額定電流為：

I=11/2×103×2×3.14×50×35.15×10-6=60.7 A；

故，1.5I=1.5×60.7=91.05 A。

1.5I為 91.05 A，小于100 A，符合熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置余度。

5.4 制造、安裝工藝影響

造成電容器質量缺陷的原因一般有不合理的設計、不恰當的材料以及制造過程不恰當(例如卷制、引線連接、裝配、真空處理)等。由于制造工藝原因，還可能存在單只電容容量偏差等問題。一旦存在以上問題，那么電容器組就會存在一定的缺陷，這也是熔斷器易熔斷的原因之一。另外，在安裝過程中，要確保熔斷器熔芯不受外力損傷，特別是在安裝熔管時熔芯不能隨緊固跟動旋轉，以避免熔芯扭曲損傷。熔斷器和母排連接螺母一定要緊固，不能松動，不然會造成接觸電阻較大，在電容器長期運行后將引起發熱嚴重，導致熔斷器熔斷。

5.5 環境溫度及外力影響

運行溫度過高會嚴重影響電容器的壽命。以2號電容器為例，在夏季高溫天熔斷器頻繁熔斷。該型號電容器屬屋外配置，夏季長期在烈日下爆曬，溫升較高，如果長時間運行，易引起電容器熔斷器熔斷。因此，應對運行中的電容器進行實時檢測，發現溫度異常時應跟蹤監視，高溫時段每小時測1次溫度，觀察溫升發展變化情況。有余地時，調換成其他電容器組運行。日常運行中，電容器在高負荷時段投入運行、低負荷時段退出運行，以避免電容器長時間運行發熱及外力引起的電容器熔斷器熔斷。由于有過類似事故教訓，河南省500 kV變電站35 kV設備已全部實行絕緣化處理。

6 運行維護

運行中每天觀察電容器裝置各部件運行情況，加強對熔斷器的檢查和維護。檢查熔斷器是否完好以及熔斷器動作情況，電容器是否滲漏，接頭是否變色，外殼是否鼓脹、破裂以及地面油跡、電氣連接有無過熱征候。檢查斷路器分閘和合閘回路是否良好、有無放電痕跡。測量熔斷器、電容器及各聯接點的溫度是否正常，若溫度過高應及時處理，避免熔斷器過熱誤動。遇到停電時，應及時清掃各套管表面和各電器外殼、構架，以防引發意外事故。各處聯接點的聯接應牢固穩靠，不允許出現松動現象，擰緊全部電氣接頭，使設備正常運行。特殊巡視檢查應在系統電壓較高、外溫較高的時間段進行。遇雷雨、風、雪等惡劣天氣時，也應進行特殊巡視檢查，對發現的缺陷進行記錄、跟蹤觀察，并及時處理。

7 結束語

電容器熔斷器熔斷原因一般是可控、在控的。如果制造過程中存在技術性、工藝性缺陷，將無法使熔斷器熔斷現狀得到有效控制。該變電站1，2號電容器組于2014-09-20進行整組熔斷器更換后，還存在熔斷現象;但相同型號、同廠家的3，4號電容器組不存在熔斷器熔斷現象，這說明1，2號電容器組可能存在產品質量缺陷，應對1，2號電容器進行整組更換。

1 王明欽．35 kV配電網PT高壓熔斷器熔斷故障抑制措施 研究[D]．保定：華北電力大學，2011.

2 梁兆文．配網PT熔斷器頻繁熔斷原因及解決措施研究 [D].廣州：華南理工大學，2016.

3 解廣潤．電力系統過電壓[M].北京：水利電利出版社， 1997.