趙蕾

摘要：對于66 kV電容器組的故障問題研究，需要分別對電容器組中的單個電容器進行故障分析，再結(jié)合各項數(shù)據(jù)以及觀察熔斷器運行的狀態(tài)，以此分析電容器出現(xiàn)故障的原因，找到可能損壞電容器的相關(guān)因素，并且逐個分析誘因，最終確定產(chǎn)生故障的原因。文章將此次分析得出引發(fā)故障的原因作為后續(xù)判斷電容器組故障提供經(jīng)驗支持，方便快速排除故障，保證變電站系統(tǒng)的正常運行。

關(guān)鍵詞：66 kV電容器組；變電站；多次故障

發(fā)展至今電力已經(jīng)成為生產(chǎn)和生活都不可缺少的部分，各種生產(chǎn)活動以及人們的日常生活都離不開電力的支持，可以說供電質(zhì)量將直接影響到生產(chǎn)質(zhì)量和人們生活質(zhì)量。為此，維系電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行成為電力企業(yè)的工作重點。根據(jù)以往的運行故障記錄可以發(fā)現(xiàn)，影響電力系統(tǒng)運行的主要故障就是電容器組發(fā)生的故障，且由于電容器組由多個電容器組成，在排查故障時需要耗費大量時間，為電力系統(tǒng)的正常運行帶來很大影響。文中就以某變電站電容器組實際發(fā)生的故障為例，對電容器組產(chǎn)生多次故障的原因進行排查。

1概述

某變電站所使用的66 kV補償電容器組從運行到現(xiàn)在曾發(fā)生多次故障，為了保證電容器組能夠正常運行，我們對其產(chǎn)生故障的電容器進行排查，并且對可能損壞電容器因素進行分析。

2電容器組的基本參數(shù)

該故障電容器組的型號為TBB22-66-28056/334-Y，采用串聯(lián)方式連接7臺電容器，并且將兩串并聯(lián)，使用H型接線，定值（二次）2 A，CT變比為30/5。電容器的單臺型號為BAMR20-334-1W，2000年12月出廠，電容器組內(nèi)熔斷器型號為BRW-20/26A。

3故障和處理情況

2006年，在運行中A相的8臺電容器出現(xiàn)故障情況，變電站購買了14臺新的電容器進行更換，余下的作為備用設(shè)備，這是第一次故障的基本情況；第二次故障發(fā)生時間為2008年，同樣是A相發(fā)生容量變化，共7臺電容器出現(xiàn)故障，購進7臺新電容器進行更換；第三次故障發(fā)生在2009年，在檢驗中發(fā)現(xiàn)是B相的4臺電容器發(fā)生故障，使用備用設(shè)備更換，3次故障共有19臺電容器損壞。

4故障的調(diào)查情況

針對編號為144的電容器進行故障分析，該電容器是2000年出廠容量為2.67μF，受到全擊穿損壞；對編號為142的電容器進行故障分析，該電容器為2000年出廠容量2.66μF，實際測量得出容量為3.6μF，受到大面積擊穿和R角擊穿損壞。

5故障分析

5.1故障仿真

在仿真計算的過程中發(fā)現(xiàn)電容器組由原來的單相短路轉(zhuǎn)變成兩相相間的短路電波形式。當電容器組為單相短路時，電流僅產(chǎn)生3倍的變化，當電容器組成為兩相短路時，電流的增加速度會持續(xù)上升。所產(chǎn)生的波形與在現(xiàn)場故障錄波器中的電容器組電流及母線電壓的波形呈現(xiàn)出相似的態(tài)勢，這就足以說明電容器發(fā)生了相間短路故障。此時的電容器內(nèi)部元件會出現(xiàn)大面積擊穿的情況，由于熔斷器失效，導致熔絲沒有及時斷開，在熔斷器工作時還產(chǎn)生了重燃，致使產(chǎn)生過電壓，電容器內(nèi)部的電容器套管發(fā)生炸裂，內(nèi)部元件發(fā)生全擊穿，導致電容器的內(nèi)部元件嚴重受損。

5.2繼電保護的設(shè)置和動作情況分析

通過上述內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)該電容器組使用的是H型接線橋差不平衡電流保護。保護設(shè)置的定值為2 A（二次），變比為30/5，一次為12 A，實際上在考慮靈敏度和可靠性之后得出的數(shù)值為15.84 A。以上數(shù)值表示，在進行繼電保護時，保護動作需要切除2臺電容器連接，就代表熔斷器要進行兩次熔斷操作，通過對并聯(lián)單元數(shù)、串聯(lián)單元數(shù)以及電容器組的額定電流可以得出不平衡電流為15.84 A。

通過對每相并聯(lián)單元數(shù)、串聯(lián)單元數(shù)、完好元件過電壓倍數(shù)和切除單元數(shù)的計算可以得出在熔斷2個電容器單元時，剩余的電容器單元過電壓為1.08 V。通常對電容器單元的過電壓承受能力標準為：1.05 Un可以長期運行，1.1 Un每24小時可以運行8小時。在此不對電壓的運行時間進行考慮，在進行繼電保護設(shè)置時，熔斷器熔斷動作的運行情況才是主要問題。

首先，熔斷器在進行熔斷時會出現(xiàn)盲區(qū)，針對H型接線的橋差不平衡的電流保護動作，當保護臂之間出現(xiàn)容量變化一致時，將無法進行熔斷動作，也就是繼電保護的盲區(qū)。當繼電保護動作中，需要熔斷2個電容器連接時，只有兩根熔絲在同一保護臂上才能在出口產(chǎn)生大的電流，做出熔斷保護的動作。一旦兩根需要熔斷的熔絲不處于同一臂上或者一個串聯(lián)段上，就可能出現(xiàn)不作出熔斷動作的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的發(fā)生與否與繼電保護的可靠性和靈敏性、電容器組保護的不平衡值都有很大關(guān)系。

以內(nèi)部接線為4并12串的單臺電容器為例，當采用內(nèi)熔絲時，每個小單元的額定電流為整個單臺電容器的1/4，這樣熔絲的額定電流就更小，保護更靈敏。

其次，在繼電保護時，如果僅熔斷了一根熔絲，保護動作沒有繼續(xù)進行，那么電容器組就會一直帶著故障運行，直至第二根熔絲熔斷為止，這種運行狀態(tài)如果不能及時發(fā)現(xiàn)并處理會對電容器組的運行帶來很大危害。當熔斷器是在進行繼電保護動作時熔斷所產(chǎn)生的問題不大，如果是熔斷器出現(xiàn)異常導致的開斷，那么就會由于彈簧的擺動位置與熔斷器套管出現(xiàn)狀況不明的情況，這種情況的產(chǎn)生將直接影響電容器組的正常運行。

最后，將電容器組的故障問題控制在一定范圍，在小規(guī)模故障時就進行及時處理，降低故障對變電站工作的影響效果，這種處理方式可以在很大程度上消除故障隱患。在將繼電保護動作設(shè)置成熔斷2跟熔絲時，就代表3相的電容器組需要最多熔斷6根熔絲，這時將損壞6臺電容器。當發(fā)生故障的電容器在時間上存在一定差異時，將為故障的排查工作帶來很大困難。將繼電保護設(shè)置成熔斷兩根熔絲時，很容易發(fā)生出現(xiàn)大量的電容器損壞之后才意識到故障風險，并且對故障發(fā)生時間沒有準確判斷。由此可見，當保護動作按照兩根熔絲執(zhí)行時，會引起故障范圍擴大現(xiàn)象，所以，這里建議將兩根熔絲動作改為1根熔絲。

5.3根據(jù)解剖的情況分析

通過對電容器故障進行分析之后發(fā)現(xiàn)發(fā)生擊穿位置主要體現(xiàn)在以下區(qū)域。

（1）存在于電場強度明顯分布不均的部位，例如R角位置、折邊位置以及引線片。發(fā)生擊穿情況的主要原因是這些部分本身就存在電場強度不均的情況，一旦遇到過電壓就會快速產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，直接將薄膜擊穿。由此可見，這些部位出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象主要是在電擊的作用下產(chǎn)生，相對來說擊穿的范圍較小，其擊穿層數(shù)偏多。

（2）電場強度分布相對均勻的區(qū)域，例如元件中存在的較大面積部位。這些部分發(fā)生擊穿現(xiàn)象的主要原因是由于元件表面平整，且電場強度分布均勻，與其他元件部位相比，需要承受的過電壓面積最大，同時也是成為水平最高部位。一旦發(fā)生過電壓現(xiàn)象，元件的表面就會呈現(xiàn)出范圍較大的擊穿點，且擊穿才層數(shù)較多，同時呈現(xiàn)出熱擊穿和點擊穿的特征。由此可見，這些元件的表面區(qū)域是受到熱擊穿和電擊穿的同時作用下產(chǎn)生的擊穿現(xiàn)象。

（3）薄膜的電弱點部位，雖然在出廠之前會經(jīng)過檢查，但是在運行的過程中受到電力和熱力的雙重影響，在特定部位會出現(xiàn)電弱點的現(xiàn)象，并且在持續(xù)運行的狀態(tài)下，電弱點會進一步老化，影響其絕緣性能，最終導致?lián)舸┦鹿?。一般情況下，產(chǎn)生電弱點的現(xiàn)象主要發(fā)生在電容器運行的1～3年之間，超過這個時間之后絕緣的介質(zhì)將趨于平穩(wěn)，在不受外界運行環(huán)境變化影響的前提下，絕緣性能不會發(fā)生變化。

由于在運行中會造成介質(zhì)損耗，介質(zhì)的溫度也會隨之升高，溫度的變化對絕緣性能具有很大影響作用。絕緣介質(zhì)具有明顯的負溫度特征，當溫度上升時電阻變小，這就使得電流增大，損耗的溫度也隨之提升。為此，要求電容器運行的熱量需要小于等于散熱量，一旦大于散熱量，就會造成電容器的熱量每提升8℃，壽命就會降低一半。根據(jù)對電容器組內(nèi)兩臺故障電容器進行解析之后可以發(fā)現(xiàn)，擊穿點不僅存在于元件大面上，還在R角部位。擊穿點也呈現(xiàn)出范圍小、層數(shù)多的現(xiàn)象，同時也有面積大和層數(shù)較小的部位，為此，僅通過擊穿形狀特點無法判斷出電容器元件損壞的具體原因。

5.4根據(jù)熔斷器的情況分析

熔斷器的作用是當電容器組發(fā)生故障時，按照設(shè)定進行熔斷操作，通過隔離故障電容器來控制故障的影響范圍。針對以上問題，如果熔斷器的熔斷性能達不隔離故障電容器的要求，那對于電容器組的影響作用將是巨大的，很有可能因熔斷器性能不佳發(fā)生擴大故障范圍的危害。部分熔斷器的生產(chǎn)廠家明確指出，熔斷器的使用年限最好控制在5年以內(nèi)，也就是說熔斷器的有效使用壽命為出廠后的5年之內(nèi)。噴逐式熔斷器的熔斷過程為先將熔絲融化成顆粒，且顆粒之間仍然存在電弧。

如果電容器的使用時間過長，其內(nèi)壁的涂層就會發(fā)生變質(zhì)反應(yīng)，內(nèi)部的彈簧也會因為生銹可失去應(yīng)有的性能。在熔絲的紙質(zhì)保護套受潮的情況下性能也會產(chǎn)生變化，如造成熔絲的熔斷曲線變化以及熔斷時不能選擇正確的熔斷目標等。一旦熔斷曲線發(fā)生變化，就代表熔斷失去準確性，故障電容器會因為無法及時熔斷而承受更大的過電壓造成大面積擊穿現(xiàn)象，較為嚴重的還可能導致短路，對本身沒有故障的電容器也造成影響。電容器組的主要保護裝置如表1所示。

保護配置有過流Ⅱ段、過流Ⅰ段、差流保護、過電壓保護和低電壓保護。

6結(jié)語

一般情況下，如果電容器本身制作工藝和性能存在缺陷，在出廠檢驗時就會被查出，存在問題的電容器不會有流入市場的機會。該變電站使用的電容器屬于常規(guī)型號，已經(jīng)具備大批量生產(chǎn)的技術(shù)。該電容器組在投入使用到發(fā)生第一次故障之間間隔5年時間，為此，可以認定不是因生產(chǎn)工藝和技術(shù)方面的問題引起的故障。通過上述分析可以判斷，造成電容器大規(guī)模損壞的原因可能是繼電保護和熔斷器使用年限過長。