500 kV某變電站35 kV并聯電容器故障跳閘原因分析及控制措施

庹印和

500 kV某變電站35 kV并聯電容器故障跳閘原因分析及控制措施

庹印和

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司百色局，廣西 百色 533000）

500 kV某變電站35 kV電容器自投運以來，發生了多起因電容器故障造成的電容器組不平衡電流保護動作跳閘事故。通過對歷史故障情況及故障現象進行統計分析，從操作過電壓、合閘涌流、諧波、電容器產品質量等方面分析電容器故障損壞的可能性，通過對故障電容器進行解體檢查，發現電容器生產工藝不滿足技術要求，電容器的內部芯子與匯流母線斷線是造成電容器故障的根本原因。最后對電容器的產品質量及運維提出了意見和相應的運維控制措施。

電容器；過電壓；合閘涌流；諧波

電容器是電力系統中大量使用的一種設備，它的合理應用關系著整個電網的安全，同時在保證輸電質量的情況下，它的無功補償性質可有效降低能量損耗、改善電能質量、增強輸電、配電能力等，其可用率對于電網電壓調節和降損節能有著重要作用。除相關國家標準和行業標準外，《預防電容器裝置事故的技術措施》《中國南方電網公司反事故措施》中均有防止裝置發生事故的措施要求。因此，為了保障電網的安全和穩定運行，有必要采取有效措施來減少電容器的故障問題，從而提高電容器的工作效率和延長使用壽命。

1 概述

某變電站35 kV #1號、#2號電容器于2005年正式投入運行，電容器型號為TBB35-60120/334-BLW；兩組電容器為戶外三相式，采用雙星型接線方式，帶不平衡電流保護；每組單臺電容器為180臺，單臺容量為334 kVar，總容量為60 120 kVar，保護配置有電流速斷、過電流、不平衡電流、過電壓及低電壓保護。本文通過對#2號電容器組的多起電容器故障原因進行分析，得出電容器生產制造的工藝質量是引起電容器故障的根本原因，并提出了相應的改進建議和運維措施，從根本上降低了電容器故障的發生率，提高電容器組的可用率。

2 故障經過及故障現象

2.1 故障前設備情況

根據“南方電網公司反事故措施”的要求，35 kV #2號并聯電容器組于2010年取消外熔絲結構。電容器的投切由區域控制中心AVC自動投切裝置根據總調下發的電壓調整曲線進行自動投切。

2.2 故障現象

取消外熔絲前后，#2號電容器組在投入運行過程中，電容器組不平衡電流保護動作跳開S312開關，現場檢查電容器組外熔絲熔斷；取消外熔絲后，在#2號電容器組投入過程中，電容器組不平衡電流保護動作，跳開S312開關，現場檢查電容器外觀正常，進一步檢查發現其中一橋臂上單體電容器電容明顯小于銘牌電容值。

故障情況統計如表1所示。

表1 電容器組故障情況統計表

序號設備名稱故障情況 1S312電容器組S312電容器組在合閘過程中不平衡電流保護元件動作跳閘，檢查發現CⅡ-10電容器外熔絲熔斷，電容器開路 2S312電容器組S312電容器組電容器在合閘過程中不平衡電流保護跳閘，檢查測試發現BⅡ-07號電容器外熔絲熔斷，電容量為7.7 μF（額定電容量為29.89 μF） 3S312電容器組投入35 kV S312電容器組后S312開關跳閘，電容器不平衡電流保護動作。檢查測試發現A1臂其中一個電容損壞，電容量為7.76 μF（額定電容量為29.9 μF）

3 故障原因初步分析

3.1 操作過電壓

現場檢查電容器組避雷器的計數器顯示次數，A相12次、B相13次、C相13次，與以往記錄相同。

避雷器放電計數器無動作，表明每一次操作過電壓沒超過施加到避雷器端子間的最大允許工頻電壓有效值，不存在操作過電壓的可能。

3.2 合閘涌流

并聯電容器裝置的合閘涌流限值，宜取電容器組額定電流的20倍；當超過時，應采用裝設串聯電抗器予以限制。

單組電容器投入，通常合閘涌流不大。實際上，只要裝設有抑制諧波的串聯電抗器，合閘涌流均不會超過電容器組額定電流的20倍。S312電容器組安裝有12%電抗率的串聯電抗器，可不考慮合閘涌流影響。

3.3 電網諧波

大量的研究表明，諧波電流通過并聯電容器時會使其過負荷，甚至燒毀并聯電容器，為了防止諧波對電容器影響，目前最有效的方式是在并聯電容器支路中串聯電抗器[4]，其簡化電路如圖1所示。

（a）串聯電抗器 （b）串聯電抗器n次系統圖

為了使抑制3次諧波串聯電抗率為12%，c的電抗為3L－（c/3）=3×0.12c－（c/3）=0.02，c>0。

這就說明在并聯電容器支路中串聯電抗率為12%的電抗器時，對3次諧波和3次以上的各次諧波，該支路均呈現感抗，因而有效地抑制了諧波對并聯電容器的影響（在《并聯電容器裝置設計規范》GB 50227—95中推薦：抑制3次諧波的串聯電抗器的電抗率為0.12c）。

4 故障電容器解體檢查情況

4.1 解體檢查情況

對故障電容器解體檢查，取出電容器芯子后，除發現第一串段的第二個元件引線片焊接處脫落，其他無異常，如圖2所示。同時，測量3個串段的電容值，第二、三串段的電容分別為90.3 μF和91 μF，第一個串段在第二個元件引線片聯接和斷開時分別測得電容值為84.3 μF和7.5 μF。

圖2 電容器內部芯子及芯子引流排斷裂情況

根據測量結果計算故障電容器的電容值：

基本與故障情況相符。

據此可判斷電容器組在投切過程中，電容器芯子匯流排斷裂導致電容器故障，最終導致不平衡保護動作。

4.2 故障原因分析

電容器單元引出線與元件匯流排在焊接時導流接觸面之間沒放焊錫，未能有效地將單元引出線與匯流排熔焊在一起。同時，電容器單元引出線壓接相鄰元件引線片上，引出線與匯流排之間存在間隙，導流截面明顯變小，如圖3所示。在電動力累積作用下，引出線焊接點逐漸受損，最終造成引出線與匯流排斷裂。

圖3 引出線與匯流排連接情況

5 控制措施和建議

5.1 開展技術培訓，提高生產人員技能

由于電容器在生產過程中，電容單元的連接需通過一線工人的人工焊接，電烙鐵的溫度控制、連接匯流接觸面的平整度及焊錫在接觸面的覆蓋面積都是影響焊接質量的因素。電烙鐵溫度過低，焊錫溶解不完全，造成接觸不牢固；接觸面不平整，焊接時易存在虛焊和空隙；接觸面間未放焊錫進行焊接，連接處面積減小。為此，電容器制造單位因改善生產工藝，對生產人員進行有關焊接工藝要求的培訓，保障設備工藝滿足要求。

5.2 加強技術監督，做好預試定檢的數據分析

針對目前運行中的同批次生產的電容器，可能存在同樣的生產缺陷，為減少同類故障的發生，加強對電容器電容量的檢測工作，并做好試驗數據結果的分析和對比。如果發現電容器電容量與銘牌及歷史數據偏差較大時，應及時更換電容器。

6 結論

通過對故障電容器故障原因分析及故障電容器解體檢查可以發現，電容器生產工藝不滿足技術要求，內部電容芯子與匯流板間焊接不良而脫落，造成單體電容器故障，流過不平衡CT的電流增大造成保護動作是此類電容器故障發生的主要原因。

為此，做好產品生產工藝質量控制、現場運維及產品技術監督工作是延長電容器使用壽命的有效措施。

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A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.022

2095－6835（2019）24－0056－02

庹印和（1987—），男，廣西百色人，工學學士，助理工程師，從事變電檢修及高壓試驗工作。

〔編輯：張思楠〕