變電站電容器組跳閘事故的處理方法

胡迎春

（國網新疆阿克蘇電力公司，新疆 庫車 843000）

0 引 言

在變電站中的低壓母線上通常會配置電容器組，其主要作用是補償電力系統中的感性無功功率、提高系統負荷的功率因數、減少線路的無功輸送、提高電網的輸送功率、減小功率的損耗、降低電能的損耗，從而改善電壓質量，提高設備的利用率。電容器組通過斷路器并接于低壓母線上，能在工頻交流額定電壓下長期運行，且能承受一定的工頻過電壓。

電容器的日常檢修主要分為兩部分：按照檢修計劃開展的對電容器組定期的停電檢修以及突發事故導致電容器組跳閘的臨時停運緊急搶修。其中，在對電容器的正常檢修中，需要對電容器組中的每一個電容器進行電容量參數的測試，用以輔助判別電容器正常運行狀態的優良。但是電容器組中存在很多量級的單個電容器，如果一個一個測試需要花費大量的時間，據統計，在一個220 kV的變電站中測試完全部的電容器參數需要的時間大約為3 h，嚴重影響工作的進行，工作效率低[1-2]。而在突發事故導致電容器組跳閘的搶修中，需要檢修人員在最短的時間內找到出不正常運行狀態的電容器并加以更替，盡快使電容器組投入運行，以不長期影響電網電壓的穩定。

針對這些問題，本文結合某變電站2019年發生的一起10 kV母線上電容器跳閘事故的處理案例，分析了快速測量電容組參數的一種方法，最后就該方法在一定條件下存在的不足進行了補充，進而給出了一套適用于現場電容器組事故處理的可行性途徑。

1 電容器接線形式

在某變電站35 kV母線處配置有321電容器組間隔，電容器組位于35 kV設備區圍欄內，共由192個小的電容器組成，分為六排放置，每排由32個組成，每相2排并聯連接，這樣就形成了電容器組的三相交流量，本文以電容器的A相為例簡單介紹一下其連接方式，如圖1所示。A相的第一排由編號為A1～A32的電容器組成，第二排由編號為A33～A64的電容器組成，其余兩相與此排列方式一致。其中在每一排的兩端各有一個放電線圈，放電線圈的抽頭從套管引出。

該電容器組的A相外部的連接方式如圖2所示，35 kV #1母線經過隔離開關321-1、斷路器321，與電容器組每排A相的套管A2端相連接；而每排中另一端套管A1端則與中性點相連接。同理，電容器組的另外兩相與A相類似。

2 電容器的保護配置

對于電容器組而言，接線方式不同，電容器組配置的保護也有所區別，其中反應電容器組外部的故障所配置的保護是一樣的，區別在于電容器組的內部故障，除反應外部故障的延時電流速斷保護、過電流保護、過電壓保護、低電壓保護外，反應內部故障的保護僅僅只能配置一種，在本變電站中，電容器組配置的反應內部故障的保護是差電壓保護。所謂的差電壓保護就是比較兩個放電線圈之間的電壓差，如果壓差達到設定的動作值則保護動作，以A相為例，差電壓保護則比較的是第一排中A2A與A1A之間的電壓差以及第二排中A2A與A1A之間的電壓差，按照這個邏輯流程，差電壓保護需要判別6次電壓差。經過查看，本電容器保護裝置中設定的差電壓保護動作門檻值為1.5 V。

3 事故的處理

2019年某日，該變電站中電容器組跳閘，保護裝置顯示只有差電壓保護動作，經過故障錄波的查看，發現在故障發生時電容器組三相電壓差最大值為3 V，遠大于差電壓保護的動作值，保護正確動作，由此可以排除電容器組的外部故障導致跳閘。為了查找到故障的單個電容器，通常的做法是對電容器組中的每一個電容器進行電容量的測試，但是由于事發緊迫需要盡快查找到故障電容器，因此試驗人員對此次事故的測試采用了整組測試方式，即先對每一排中每一個放電線圈進行整個電容量的測試，共需要12次的測試次數，通過比較這12次的數據可以直接判斷出來故障點所在的排數，然后在對故障排中的每一個電容器進行電容量的測試，逐步確定故障電容器的位置。整組測試數據結果如表1所示：

圖1 電容器分支接線方式示意圖

圖2 電容器A相外部接線連接方式示意圖

表1 整組電容器測試結果

在這12次的整組測試結果中，A相第二排的兩個放電線圈即A33～A48與A49～A64對應的整組電容量差別較大，為1 μF，因此懷疑出故障的電容器出現在這一排中，緊接著對A相第二排的32個電容器進行單個電容量的測試，考慮到實際情況，電容量的測試結果與銘牌值之間的誤差在-5%～5%內為正常狀態，通過測試發現A38、A39、A60這三個電容器的實際電容量存在偏差，分析判定這三個電容器故障是導致本次跳閘事故的根本原因。

確定故障電容器后，檢修人員對這3個電容器進行了更換，更換后又對新的電容器組進行了新一輪整組電容量的測試。更換故障電容器后各個放電線圈之間的電容量基本平衡，說明電容器組內部故障已處理，隨后申請再次投運電容器組，再次投運后系統恢復正常運行狀態，最大差電壓為0.42 V，自此事故處理完畢[3-5]。

4 事故排查方式探討

在本次事故處理的方法中，采用了先整體再個體這樣的思路，首先快速定位故障所在的區域，然后對故障區域再次縮小范圍直至查找到故障的位置。經統計，本次事故中故障點的查找共花費了大約1 h的時間，相比于以前的一個一個電容器的測試方式，測試的時間明顯減少，工作效率得到了提高。但是此種方法存在一定的誤差，如在整組電容量的測試中，有些電容器的電容量相比于銘牌值偏高，而有些電容器的電容量相比于銘牌值偏低，如果此種情況下這些電容器的電容量正好平衡，會導致整組測試結果的失效性，即測試的結果與正常狀態無疑義；再者，比較單排兩個放電線圈之間電容量的差別時，如果兩個放電線圈中電容量均偏高或均偏低而且兩者之間偏移的大小互補，則測試的結果也沒有參考性。由此可知，電容器組內部故障處理方法最根本的做法是要測試到電容器組中的每一個電容器。

針對這個問題提出了如下方法。

（1）單個電容器的測試，即測試完所有的電容器組內部電容量。

（2）如果出現故障的電容器數量少，更換后即可。如果出現的故障電容器數量較多，應采用配置平衡整組電容量方法的方案：測試一個電容器的電容量，根據電容器內部的連接方式計算出整組電容量，然后再平衡整組電容量，配置的原則是各整組電容量之間的差別最小。

（3）最優方案根據優化程序來確定。

5 結 論

電容器組是穩定交流電壓必不可少的設備，電容器的跳閘要引起檢修人員的高度注視。同時，如何在事故中快速查找故障點也是檢修人員急需關注的點，然后制定方便合理的檢修方案來順利完成缺陷的處理工作，及時保證電容器組的正常投運。