李麗君,劉汝峰,張 斌
(丹東供電公司,遼寧 丹東 118000)
框架式成套電容器裝置布局清晰,安全距離和絕緣距離較大,由于采用單臺外熔絲保護,當電容器發(fā)生故障時,外熔絲示意牌掉下,運行人員能夠很快發(fā)現(xiàn)故障電容器并及時更換,以便裝置重新投入運行,這一點使該型產(chǎn)品廣泛應用于電力系統(tǒng)中。由于電容器組運行投切較頻繁和設備本身制造工藝上的差異,高壓并聯(lián)電容器在運行中也頻繁發(fā)生事故,如單只電容器出現(xiàn)滲漏油、鼓肚、擊穿、爆熔絲,以及整組發(fā)生接地、短路、群爆事故。對其故障缺陷分布情況進行總結:電容器本身缺陷占50%左右,主要是電容量變化,其次是滲漏油,熔斷器等附件故障或誤動約占50%。根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定,并聯(lián)電容器的試驗項目主要有測量絕緣電阻和電容量[1],而在大量試驗過程中,絕大多數(shù)缺陷都發(fā)生在電容量上。因此,檢查電容值的變化偏差對發(fā)現(xiàn)電容器內部故障是至關重要的。
構架式電容器組采用每個電容器單元配置1只噴逐式外熔斷器作為第一保護,當某個電容器擊穿時,與其并聯(lián)的完好電容器即對其放電,損壞的電容器首先熔斷,由于連鎖反應,會導致與其臨近的其它電容器也熔斷,最后導致整組電容器的熔絲全部熔斷[2]。當某臺電容器發(fā)生斷線故障時,往往發(fā)生故障的電容器不熔斷,反而鄰近的正常電容器先熔斷了,原因是流過臨近完好的電容器電流增大,導致熔斷器熔斷。2011年6月下旬,某220 kV變電站66 kV 1號電容器組A相發(fā)生過只有1臺電容量測量誤差為+15%,由于連鎖反應,導致全部電容器熔斷。因此,故障時,發(fā)生熔斷的整組電容器都要單獨進行檢驗試驗,不能采用測量整組電容量的方法來查找,避免遺留隱患。
1.2.1 外觀檢查
電容器外觀檢查主要是觀察是否存在滲漏油、過熱變色、鼓脹變形等問題,存在上述任何問題都不能繼續(xù)使用,因為電容器滲漏油或鼓脹變形后電容量和內部構件都會發(fā)生變化,存在潛在危險,過熱變色后說明已發(fā)生故障,均須拆除。
1.2.2 絕緣電阻
電容器元件受潮、劣化、擊穿后,絕緣電阻降低,可通過對比絕緣電阻發(fā)現(xiàn)缺陷,但由于測量絕緣電阻發(fā)現(xiàn)設備缺陷的局限性,只能作為輔助判斷方法[3]。且只測量兩極外殼電容器的絕緣電阻,對于單極電容器,此時金屬外殼為另一個電極,不用測量絕緣電阻。
1.2.3 電容量測試
框架式電容器由許多電容元件串并聯(lián)組成,當內部元件擊穿短路時,串聯(lián)段數(shù)減少,電容量增加;嚴重受潮進水后,因為水的介電系數(shù)很大,電容量和介電系數(shù)成正比關系,電容量增加;當元件引線燒斷,并聯(lián)元件減少,電容量減少;當滲漏油等情況發(fā)生后,因為油的介電系數(shù)比空氣大,電容量也將減少。因此,可通過測量電容量來判斷電容器的好壞。
由于并聯(lián)電容器的電容量較大,其主要測試方法有電流電壓表法、電橋法及數(shù)字電容表法等,電橋法一般在鑒定和出廠時采用,現(xiàn)場一般采用電流電壓表法或數(shù)字電容表法。有些電容元件擊穿后,極板間仍有一定的絕緣電阻,這時如果用電容表測量電容量,由于擊穿點保持絕緣狀態(tài),測量的電容量可能還是正常,導致故障情況下采用電容表法測量電容量不可靠。只有提高試驗電壓才能使故障點重新?lián)舸虼瞬檎也⒙?lián)電容器缺陷時最好選擇電流電壓表法。
采用電流電壓表法是將電容器的兩端加入交流電,根據(jù)所測得的電壓、電流表讀數(shù)及電源的頻率求出電容量。即:
Cx=I/2πfU
由以上公式可見,采用電流電壓表法測量電容器的電容量時,因為電容器的容抗與頻率成反比,對電源的要求高,要求波形為正弦波,電壓波動要小,且電源頻率要穩(wěn)定,否則會產(chǎn)生較大測量誤差。最好采用線電壓,以消除3次諧波[4-5]。
電流、電壓表精度均不應低于0.5級,且經(jīng)檢驗合格,還要盡量選擇抗干擾性能強的儀表。2007年6月中旬,對某220 kV變電站1號電容器組進行電容量交接試驗時,發(fā)現(xiàn)所有84臺電容器的電容量偏差都超過了《規(guī)程》中規(guī)定的與出廠值比較不超過-5%~+10%的標準,正誤差達到20%以上。當時使用的電源是系統(tǒng)相電壓,測量電流表是電磁系T51交直流兩用毫安表,十幾年來在現(xiàn)場使用從未出現(xiàn)過問題。第2天復測時,電流表非常穩(wěn)定,測量數(shù)據(jù)經(jīng)計算后合格,當其它大功率非線性負荷工作后,儀表指針開始擺動,讀數(shù)經(jīng)計算后,誤差超過20%,不合格。這時,改用電磁系T15純交流毫安表進行測試,電容量偏差仍然在合格范圍內,而且儀表擺動非常小,數(shù)據(jù)穩(wěn)定,誤差均合格。后經(jīng)多次校驗,發(fā)現(xiàn)電磁系T51交直流兩用毫安表受現(xiàn)場干擾及電源波形畸變影響大,儀表抗干擾性能較差,導致試驗結果偏差較大,只能應用于電源波形無畸變的場合。而電磁系T15純交流毫安表在電源有擾動時,能保證測量精度,穩(wěn)定性好。
某10 kV電容器故障后,電容器熔絲有斷也有未斷的,其中1臺未斷熔絲的電容器試驗過程中,開始加上電壓后,電壓表讀數(shù)均勻增長,但電流表指針不動,當電壓繼續(xù)增至60 V后,電流突然增大而后隨著電壓表讀數(shù)成正比增長,根據(jù)電流、電壓換算出的電容量誤差在合格范圍內。這說明電容器內部有虛焊或接觸不良等缺陷,在施加電壓超過一定數(shù)值后,虛焊部位被擊穿,但電容量不改變。如果加壓速度快,又沒有認真監(jiān)視電流表的變化,一晃而過,斷線元件在電壓稍高的情況下被擊穿,只計算電容器的誤差值就不能反映問題,造成隱患。因此,加壓必須要慢且升壓速度均勻,通過認真觀察試驗過程中電流、電壓表的變化,才能準確反映設備有無缺陷。
電容器試驗前后要進行兩極間充分放電,若電容器周圍有帶電設備,電容器外殼也要放電,必要時停用臨近帶電設備,否則會造成感應電壓或殘余電荷傷人。
電容量測試時應選擇性能好、抗干擾性強的電磁系T15純交流毫安表。只有確定試驗電源無畸變的情況下才能使用電磁系T51交直流兩用毫安表測量電流。在測量值超過2/3后再讀數(shù),以減少儀表及讀數(shù)誤差,使測量結果更準確[6]。另外,交接時也可選用高精度數(shù)字式電容量表配合使用。
在無法改變外部環(huán)境的情況下,盡量選擇在沒有大功率非線性負荷的時間段內進行測試,盡量減小電網(wǎng)諧波的影響。
采用線電壓,以消除3次諧波,試驗電壓最好在200 V以上,以保證測試精度。此外,還可以選用獨立的UPS不間斷電源,波形穩(wěn)定,方便安全。
由于影響并聯(lián)電容器電容量的測量因素較多,需要將外觀檢查、試驗電源的種類、波形、頻率、儀表的選擇、測試方法、測試過程及安全要求等各種因素都考慮進去,并綜合判斷才能獲得準確結果,避免遺留隱患。運行中要加強運行管理和技術監(jiān)督,注意有無異常噪聲、滲漏油、彭脹、變色現(xiàn)象,熔斷器是否異常等,以保證電容器安全運行。
[1] DL/T 596—1996,電力設備預防性試驗規(guī)程[S].
[2] 田友元.東北電網(wǎng)并聯(lián)電容器運行經(jīng)驗 [J].中國電力,1989,34(11):11-16.
[3] 陳華鋼.電氣設備預防性試驗方法[M].北京:水利電力出版社,1994.
[4] 田友元,孫業(yè)武,吳 翎.并聯(lián)電容器的預防性試驗和故障電容器診斷方法的研究 [J].電力電容器,1989,10(4):6-9.
[5] 張仁豫,陳昌漁,王昌長.高電壓試驗技術 [M].北京:清華大學出版社,2003.
[6] 陳天翔,王寅仲,海世杰.電氣試驗 (第2版)[M].北京:中國電力出版社,2008.