曲金秋 金雍奧 趙志山 尹曙光 陳亞坤

（國網(wǎng)冀北電力有限公司廊坊供電公司，河北 廊坊 065000）

集合式電容器具有體積小、容量大、占地面積小、安裝維護(hù)簡單等優(yōu)點，但如一旦發(fā)生故障，必須整臺退出運行，這將嚴(yán)重影響供電質(zhì)量[1-2]。常見故障多是電容量的變化引起的，而差壓保護(hù)能反映電容器組電容損壞的情況。設(shè)定合理整定值的差壓保護(hù)可以避免集合式電容器故障的擴(kuò)大，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。下面對近期發(fā)生的一起集合式電容器差壓保護(hù)動作的故障進(jìn)行分析。

1 設(shè)備基本信息

2014年4月，廊坊地區(qū)某110kV 變電站10kV電容器組發(fā)生差壓保護(hù)動作跳閘故障，跳閘電壓3.9V，保護(hù)整定值3.5V。故障電容器組為集合式，同相兩節(jié)電容量比為6∶4，型號是1400-1W，制造廠為合陽電力電容器制造有限公司，2001年出廠。由于差壓保護(hù)設(shè)備老舊，只能顯示跳閘電壓，無法判斷故障相，需要進(jìn)行故障原因及故障相判別。

2 現(xiàn)場試驗情況

初步判斷故障為集合式電容器電容損壞造成。接下來重點對電容器進(jìn)行試驗。電容量試驗結(jié)果見表1。根據(jù)Q/GDW07003-2012-10501《國網(wǎng)冀北電力有限公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中的規(guī)定：①每相電容值偏差應(yīng)在額定值的-5%～10%范圍內(nèi)，且電容值與出廠值比較應(yīng)在測量誤差范圍內(nèi)；②三相電容值比較，最大值與最小值之比不大于1.06；③每相有三個套管引出的電容器，應(yīng)測量每兩個套管之間的電容量，與出廠值相差不得超過±5%[3]。該電容器每相電容值偏差最大為0.97%，三相電容值最大值與最小值之比為1.01，每兩個套管之間的電容量與出廠值相差最大的為-2.3%，由此可見該電容器的電容量試驗數(shù)據(jù)也在合格范圍內(nèi)。又對其進(jìn)行絕緣電阻試驗也合格，數(shù)據(jù)均在5000MΩ以上。

表1 電容量試驗結(jié)果

在電容器上、下節(jié)電容量數(shù)據(jù)合格的情況下，在差壓繼電器上卻測到了差壓值且數(shù)值超過了整定值，說明確有差壓存在。放電線圈二次回路接觸電阻大的話，相當(dāng)于在二次串入了一個大電阻，那么，即使電容器上下節(jié)的電容量平衡，也將會產(chǎn)生差壓[4]。因此，現(xiàn)場對放電線圈二次回路進(jìn)行接觸電阻試驗，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)都在微歐級別，不存在接觸電阻過大的問題。

為判斷其他設(shè)備故障的可能，先后對電抗器的直流電阻、絕緣電阻、電抗值，放電線圈的直流電阻、絕緣電阻進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)各試驗項目均無問題。其中，放電線圈電壓比試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 電壓比

3 差壓保護(hù)原理與動作原因分析

3.1 差壓保護(hù)原理及電容器組接線方式

集合式電容器內(nèi)部按單星形接線，再由N段串聯(lián)而成，然后將一相分為上、下兩節(jié)。每相由m臺小電容器并聯(lián)成段，使用帶中間抽頭的放電線圈與各相電容器的相應(yīng)抽頭相連，分別測量抽頭對相線和中性點的電壓，二次線圈反極性串聯(lián)后接入差壓繼電器，構(gòu)成差壓保護(hù)。正常運行時放電線圈二次承受的電壓相同，繼電器兩端基本無電壓。當(dāng)上、下節(jié)電容值發(fā)生變化，就會引起電壓的變化產(chǎn)生差壓，一旦差壓達(dá)到整定值，開關(guān)就會跳閘[5]，差壓保護(hù)不受系統(tǒng)電壓影響，能準(zhǔn)確反映電容器內(nèi)部狀況，原理接線圖如圖1所示。

圖1 差壓保護(hù)原理接線圖

3.2 差壓計算與故障相判斷

若要計算差壓出口電壓值，主要考慮并聯(lián)的電容值，以及放電線圈的變比兩個參數(shù)。計算思路是：根據(jù)每相兩組串聯(lián)電容器電容值算出每個串聯(lián)單元的分壓值，通過放電線圈一次電壓值并考慮放電線圈電壓比的誤差，進(jìn)而算出放電線圈二次的電壓值，最終算出差壓值。將結(jié)果與差壓保護(hù)整定值比較， 大于整定值則保護(hù)動作，反之不動作。

具體以A 相為例，首先根據(jù)電容分壓原理，由式（1）和式（2）確定各節(jié)電容的電壓。

式中，UAO為A 相上節(jié)電壓；UOX為A 相下節(jié)電壓；CAO為A 相上節(jié)電容量測量值；COX為A 相下節(jié)電容量測量值，UN為電容器的額定電壓。

由式（3）算出放電線圈實際電壓比。

式中，K′為放電線圈實際電壓比；K為額定電壓比；σ為電壓比誤差數(shù)值。

由式（4）變比算出放電線圈二次的電壓。

式中，uao為A 相電容器上節(jié)對應(yīng)放電線圈的二次電壓。

放電線圈二次電壓的差值即A 相電容器上下兩節(jié)的差壓，如式（5）所示。

將Δu與差壓保護(hù)整定值相比較，小于整定值則保護(hù)不動作。

利用表1和表2的數(shù)據(jù)可以得出B 相的差壓為4.08V，A 相的差壓為1.26V，C 相的差壓為1.84V。而該電容器組差壓保護(hù)的整定值為3.5V，B 相差壓大于整定值。所以，可以判斷B 相為故障相。

3.3 動作原因分析

為找出該電容器例行試驗合格但差壓保護(hù)動作的原因，將該電容器歷年的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，見表3。發(fā)現(xiàn)B相同一串的兩節(jié)電容變化趨勢相反，即一節(jié)電容量增大，另一節(jié)電容量減小。雖然電容量的變化在規(guī)程的范圍內(nèi)，但是導(dǎo)致放電線圈二次的差壓增大，超出整定值，使差壓保護(hù)動作。

表3 歷年電容量數(shù)據(jù)對比

為了找出跳閘臨界點，對本地區(qū)16 臺同相兩節(jié)電容量比為6∶4 的集合式電容器進(jìn)行分析，模擬電容量變化，看產(chǎn)生的差壓數(shù)值。發(fā)現(xiàn)當(dāng)同相兩節(jié)電 容器電容量變化趨勢相同時，可根據(jù)狀態(tài)檢修規(guī)程判斷；當(dāng)電容量變化趨勢相反時，每相上下兩節(jié)電容器的電容量，與出廠值相差1.6%～1.9%時，壓差就超出整定值，又綜合考慮放電線圈電壓比帶來的誤差，因此當(dāng)與出廠值相差1%時就有可能使差壓保護(hù)跳閘。

4 結(jié)論

從這起事故可以看出，雖然電容器例行試驗數(shù)據(jù)均合格，但是差壓仍然可以很大。因此，我單位規(guī)定本地區(qū)6∶4 式集合式電容器每相有三個套管引出的電容器，應(yīng)測量每兩個套管之間的電容量，當(dāng)變化趨勢相同時，與出廠值相差不得超過±5%，當(dāng)變化趨勢相反時，與出廠值相差絕對值不得超過1%。

在日常維護(hù)中，為避免由于放電線圈外部連接松動而造成二次直流電阻不平衡，從而導(dǎo)致差壓保護(hù)跳閘，應(yīng)注意放電線圈螺栓的緊固。在電容器的例行試驗中，不僅要將電容量的數(shù)值與規(guī)程比，還要注意其變化趨勢。當(dāng)同相兩節(jié)電容器的電容量變 化趨勢相反時，每節(jié)與出廠值相差絕對值大于0.5%但小于1%時，建議縮短例行試驗周期，加強(qiáng)帶電測試；當(dāng)大于1%時，建議停電檢修或更換電容器，避免發(fā)生電容器組跳閘故障，影響電力系統(tǒng)電能質(zhì)量。

[1] 聞建中.10kV 集合式電容器的故障預(yù)防[J].農(nóng)村電氣化,2009(7): 58-59.

[2] 周存和.關(guān)于集合式電容器的安全運行[J].電力電容器,2003(4): 8-9.

[3] Q/GDW07003—2012-10501.國網(wǎng)冀北電力有限公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程[S].

[4] 滕樂天,鄒彬.幾起35kV 集合式并聯(lián)電容器故障分析[J].電力電容器,2004(1): 1-2.

[5] 戴軍瑛.集合式并聯(lián)電容器差壓保護(hù)動作分析[J].上海電力,2007(2): 209-210.