呂俊霞

(河南工業(yè)職業(yè)技術學院機電工程系，河南 南陽 473009)

0 引言

電力電容器適用于頻率為50 Hz交流輸配電系統(tǒng)與負荷相并聯(lián)，用于提高功率因數(shù)、調(diào)整電網(wǎng)電壓、降低線路損耗已經(jīng)充分發(fā)揮發(fā)電、供電和用電設備的利用率，提高供電質(zhì)量。一般連接在6～10 kV母線上。接在電網(wǎng)中的許多用電設備是根據(jù)電磁感應原理工作的。電容器在使用過程中，常常會出現(xiàn)爆炸或火災事故，因此，我們應該采取相應的預防措施[1]。

1 電容器的爆炸

1.1 事故現(xiàn)象

某變電所發(fā)生過一起10 kV并聯(lián)電容器爆炸起火事故。當時現(xiàn)場運行人員聽到電容器室爆炸響聲后，隨即切斷電容器組電源并進行滅火。故障的那只電容器安裝在電容器組緊靠墻壁一側。事故造成該電容器一側墻壁灼傷，另一側鄰近的2只電容器燒壞，4只電容器的噴逐式熔絲被烘熔[2]。

1.2 事故原因分析

事故后發(fā)現(xiàn)爆炸起火的那只電容器熔斷器熔斷，熔體尾線搭在電容器外殼上，尾線與外殼接觸處有放電痕跡。運行人員反映事故前1 h就已發(fā)現(xiàn)該電容器熔絲熔斷，熔體尾線搭掛在電容器外殼上，只是未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

該所電容器組為單星形接線，設置過流、過壓及失壓保護，裝設了保護單臺電容器的專用噴逐式熔斷器，由于未設置三相不平衡保護，單臺電容器熔斷，不會造成電容器開關跳閘。

一般情況下，電容器熔斷器熔斷后，熔絲尾線掛在外殼上是不會使電容器帶電的，但故障前幾分鐘，該所一條10 kV出線斷線搭掛在線路配電變壓器接地的金屬臺架上，造成單相接地。單相接地時出現(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧，引起中性點對地的電弧接地過電壓可能達到5倍相電壓。此過電壓通過電容器組中性點和大地及接地的電容器外殼，熔斷了的熔體尾線直接加至該電容器，造成其內(nèi)部元件全擊穿引起爆炸起火事故[2]。

并聯(lián)電容器的損壞原因有以下幾個方面。

(1)切電容器組時，由于開關重燃引起的重燃過電壓，造成電容器極間絕緣損傷甚至擊穿(有的電容器組無任何過電壓保護措施，也無串聯(lián)電抗器，平均每天操作1次)。

(2)電容器投入時的涌流過大，地網(wǎng)的諧波超標引起過電流，使電容器過熱，絕緣降低，乃至損壞。

(3)電容器沒有配備單臺熔絲，或雖有熔絲但熔絲特性太差(安秒特性)。當電容器內(nèi)部元件嚴重擊穿產(chǎn)生故障電流時，熔絲不能及時熔斷。同時，有效的繼電保護措施未跟上，過電流使電容器內(nèi)部的溫度急速上升。導致電容器膨脹或爆炸。

(4)產(chǎn)品質(zhì)量差。油紙絕緣沒有在嚴格的真空下干燥和浸漬處理，在長期工作電壓下，內(nèi)部殘存氣泡產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。局部放電進一步導致絕緣損傷與老化，溫升也隨之增加，最終導致元件電化學擊穿，電容器損壞[2]。

2 電容器的火災原因

電力電容器最普遍的故障是元件極間或?qū)ν鈿そ^緣擊穿，故障發(fā)展過程一般為先出現(xiàn)熱擊穿，逐步發(fā)展到電擊穿，在高溫和電弧作用下，產(chǎn)生大量氣體，使其壓力急劇上升，最后電容器外殼膨脹破裂，甚至爆炸起火，當某一電容器發(fā)生爆炸后，極有可能引發(fā)其余電容器爆炸而起火，引起整個電容器室火災。一般情況下，引起電力電容器擊穿并導致火災的原因有以下幾種[2]。

溫度過高。電力電容器的運行介質(zhì)依照材料和浸漬劑的不同，都有規(guī)定的最高允許溫度，在運行過程中，若電容器內(nèi)部介質(zhì)超過規(guī)定，可導致介質(zhì)耐壓強度降低和介質(zhì)損耗迅速增加而起火。另外，室溫過高，電容器也會發(fā)熱起火。電容器中元件與外殼之間的絕緣油介電系數(shù)低，燃點不高，容易發(fā)生燃燒。保養(yǎng)不到位，例如，電容器溫度過高，未采取降溫措施，致使絕緣油措施大量的氣體使得箱壁變形鼓肚;未定期清潔電容器，電容器瓷瓶表面污穢嚴重，在電網(wǎng)出現(xiàn)內(nèi)、外過電壓和系統(tǒng)諧振的情況下導致絕緣擊穿，表面放電，造成瓷瓶套管閃絡破損。

電容器的能量損耗主要是極板之間的介質(zhì)損耗和導電部分的熱損耗，它將導致電容器發(fā)熱。若不隨著能量的損害而改變冷卻條件，溫度必然會升高，特別是將電容器分層排列時，更應該考慮散熱問題，以免由于溫度過高，增大了介質(zhì)的熱游離，而使器件損壞、介質(zhì)擊穿，發(fā)生爆炸起火。

選用保護電容器熔斷器熔絲的額定電流偏大;電容器組采用的不平衡或差動繼電保護及延時過流保護等整定值偏大，整定時間過長等，一旦電容器發(fā)生故障時不能起到保護作用，造成火災爆炸事故的發(fā)生。

運行電壓過高，容易擊穿電容器絕緣，形成相間或?qū)Φ囟搪范鸹馂摹?/p>

高次諧波導致系統(tǒng)運行電流、電壓正弦波畸變，加速絕緣介質(zhì)老化，降低設備使用壽命或因長期過熱而損壞，特別是當高次諧波發(fā)生諧振時，最容易使電容器過負荷、過熱、振動甚至損壞。運行電流過大，會使電容器的溫升增加。破壞其熱平衡，導致火災。

電容器裝置的斷開與接入運行時的過渡過程會發(fā)生過電壓和涌流。斷開時，由于開關觸點的運動速度不一定快，會使開關觸點重燃而引起過電壓，每重燃一次，電容器上的電壓將增加2倍幅值，電容器接入時，會引起極大的涌流，特別是電容器帶電荷接入，會帶來更嚴重的后果。電容器斷開和接入的過程中，由于過電壓和涌流的存在，會引起短路。元器件擊穿，電容器爆炸，大部分電容器火災就是在此時發(fā)生的[2]。

電容器自動放電裝置放電時，所儲存的電場能量將轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹婋娮枭系臒崮?，其熱量在各放電電路上并不一致，而是與它們的電阻值在整個放電電路總電阻中所占的比值成正比。放電過程盡管很快，但放出的熱量仍遠不足使熔斷器動作，而當某一電容器內(nèi)部發(fā)生短路時，所有的電容器都要對它進行放電。這時，若自動放電裝置損壞，會使電容器內(nèi)熱量急劇增加，導致油箱破裂，爆炸起火[3]。

電容器投入電網(wǎng)時形成振蕩回路，產(chǎn)生過電壓和過電流。在頻繁過電壓的作用下，電容器的局部放電不斷得到激發(fā)而加劇，其結果必然對絕緣介質(zhì)的老化和電容量的衰減其促進作用。一般認為電壓升高10%，壽命降低一半。GB/T 12747.1—2004中規(guī)定，電容器操作每年不超過5000次，原因是投入電容器所生產(chǎn)的過電壓雖然是瞬間的，但過電壓對絕緣介質(zhì)的影響是能夠積累的。在安裝自動補償裝置后，電容器組頻繁動作，加速了電容器絕緣介質(zhì)的老化，逐步發(fā)展到電擊穿，最后導致電容器爆炸而引起火災。

未能及時發(fā)現(xiàn)電容器瓷套管及外殼漏油，導致套管內(nèi)部受潮、絕緣電阻降低造成擊穿放電;運行中未能及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)生局部放電等。

電容器自身結構不合理、制造質(zhì)量差，如密封不嚴、對地絕緣不良等。電容器電極對油箱的絕緣處理工藝不當、產(chǎn)品元件質(zhì)量差等是造成局部放電的原因，在電極邊緣、拐角和引線接觸處電場強度和電流密度都很高，容易發(fā)生局部放電和過熱燒傷絕緣導致電容元件擊穿。

電容器組未按照在電容器技術條件要求的環(huán)境中，或電容器組的安裝未按照電容器安裝工藝要求安裝，如電容器室未安裝風扇冷卻裝置，電容器樁頭接線松動發(fā)熱，使電容器局部發(fā)熱，直至引起火災[3]。

3 防止電容器爆炸的技術措施

禁止使用重燃率極高的SN1－10少油開關切合電容器組(可更換為SM10－10，ZN－10開關)。

采用氧化鋅避雷器保護，可作為防止電容器內(nèi)部元件擊穿的防線。

對有2組及以上電容器進行相互合切時，必須加裝串聯(lián)電抗器。

電容器組盡可能采用中性點不接地的雙星形接線，并采用雙Y零流平衡保護。

定期測量電容器的電容量，一旦發(fā)現(xiàn)變化較大，立即退出運行[3]。

4 電容器火災的預防措施

電力電容器都是充油的。如果電力系統(tǒng)超負荷，溫度過高或者電器元件老化等，電力電容器容易發(fā)生爆炸引發(fā)火災，勢必會造成電力系統(tǒng)的停電事故。怎樣預防電力電容器火災呢?

電力電容器的安裝環(huán)境應滿足制造廠規(guī)定的技術條件要求。電力電容器室最好是單獨的防火建筑，如果電力電容器數(shù)量不超過20臺，也允許與開關柜在同一個房間內(nèi)，但電容柜應當單獨排列，不得與開關柜混在一起。電力電容器室應通風良好，百葉窗應加鐵絲網(wǎng)，以防小動物鉆進去。電力電容器室不應有窗戶，門應朝北或朝東向開，應能向左右開180°。最好是鐵門。如果是木質(zhì)門，應包上鐵皮。室溫不應超過40℃，濕度不得大于80%，而且周圍環(huán)境不得含有對金屬和絕緣有害的侵蝕性氣體、蒸汽及塵埃。不得堆積有易燃易爆物品或雜物[4]。

電力電容器安裝一般不應超過3層。電力電容器母線對上層架構的垂直距離應不小于200 mm，底部距地面應不小于300 mm。電力電容器架構間的水平距離應不小于0.5 m，每臺電力電容器之間的距離應不小于50 mm。電力電容器的銘牌應朝向通道。電力電容器外殼應可靠接地，應該設置溫度計和貼示溫蠟片，以便監(jiān)視運行溫度。

對電力電容器進行安全檢查時，要注意以下幾點。檢查溫升情況，如果室溫超過了規(guī)定的限度，就要采取通風降溫措施。聽一聽電力電容器運行中有無異常響聲?？匆豢措娏﹄娙萜魍鈿び袩o膨脹鼓起現(xiàn)象。當電力電容器母線電壓超過規(guī)定電壓的1.1倍或電流超過額定電流的1.3倍以及室溫超過時40℃，電力電容器應該退出運行[2]。

電力電容器最容易發(fā)生事故的時間是用電高峰和溫度升高時。因此，在這個時間一定要加強對電力電容器的巡視檢查?？傊?，精心操作，電力電容器安全運行就有了保證。一旦電力電容器發(fā)生火災，由于是帶電燃燒，蔓延迅速，撲救困難，危險較大。因此，電力電容器室內(nèi)要備用適宜撲救帶電設備的滅火器，如二氧化碳、鹵化烷滅火器等。當然，萬一電力電容器發(fā)生爆炸火災，應該立即切斷電源，預防觸電。在緊急情況下拉閘斷電時，注意不要帶大負荷拉閘，以免電弧把人燒傷[4]。

雖然電力電容器在使用過程中很容易引發(fā)火災。但是，只要加強預防，嚴格按安全規(guī)程操作?；馂氖鹿蔬€是完全可以避免的。裝設可燃性介質(zhì)電容器的電容器室，其耐火等級應不低于2級，室內(nèi)應有良好的通風，保證室內(nèi)溫度低于45℃，并采取防雨雪和小動物爬入的措施。電容器可以分層安裝，但層與層之間不得有隔板，以免妨礙通風。電容器室嚴禁使用木板、油毛氈等易燃材料，不應裝在潮濕、多塵、高溫、有腐蝕其他及長期受振動的環(huán)境里運行，當采用油質(zhì)電容器時，電容器室建筑物的耐壓等級要求為:額定電壓為1 kV以上時不低于2級;額定電壓為1 kV以下時不低于3級。

傳統(tǒng)的電容器檢測方法為斷電、離線進行，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，并且測量結果是靜態(tài)的，而電容器故障是隨機的。采用電容器實時監(jiān)控系統(tǒng)通過檢測流過電容器的電流、容量及介質(zhì)損耗正切值來判斷電容器是否故障，由于電容器和介質(zhì)損耗角的變化是放電積累到一定程度的結果，所以一般滯后于故障。而局部放電是電容器普遍故障的前兆。因此，可以通過采用實時監(jiān)控電容器局部放電的先進技術，能夠及時地發(fā)現(xiàn)電容器故障，有效地防止事故發(fā)生[4]。

定期校驗電容器保護的可靠性，以及對電容器組校驗工作規(guī)范化。例如，對電容器的電容量和熔斷器的檢查，每個月不少于1次，在1年內(nèi)要測量電容器的損耗正切角2～3次，目的是檢查電容器的可靠性。對無熔絲保護的電容器應根據(jù)具體情況，采取分組熔絲保護、雙星形接線的零相電流平衡保護、雙三角形接線的橫差保護、單三角形接線的零序電流保護。

電容器投入運行前，必須接線檢查和交接試驗，試驗合格后，方可投入使用。減少投切次數(shù)，采取電容器組循環(huán)投切，同時延長自動補償裝置控制器的延時時間間隔，從而減少投切次數(shù)，使得每組電容器的投切不超過5000次/年。在有電容器補償?shù)淖冸娝碗姇r，先合各路出線開關，后合電容器開關。停電時，先拉開電容器開關，后拉開各路出線開關[4]。

電容器運行操作人員應建立日常巡視檢查、定期停電檢查和特殊巡視檢查制度，要填寫檢查記錄，注意觀察電力電容器運行的電壓、電流和環(huán)境溫度不得超過制造廠家規(guī)定的范圍。檢查時發(fā)現(xiàn)電容器外殼有膨脹、漏油、滲油，或者箱壁產(chǎn)生棱角、嚴重凸出、產(chǎn)生異響，都應立即停用，防止電容器爆炸起火。

綜上所述，我們可以知道，電力電容器的作用，電容器火災及爆炸產(chǎn)生的原因，預防電容器爆炸和火災的措施和方法。在實際應用中，應全面綜合考慮多種因素的影響，為電容器提供必要的運行條件，盡可能減少電容器存在的不安全因素。那么，電容器就能夠正常穩(wěn)定的工作，使電力更好地為人類服務。

[1]雷玉貴.變電檢修[M].北京:中國水利水電出版社，2006.

[2]周志敏，周紀海，紀愛華.無功補償電容器配置運行維護[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

[3]芮靜康.常見電氣故障的診斷與維修[M].北京:機械工業(yè)出版社，2007.

[4]陳家斌.變電運行與管理技術[M].北京:中國電力出版社，2004.