張順麗，李永彬，王 浩

(1.國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 南陽 473000；2.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司，河南 南陽 473000)

0 概述

在某省500 kV變電站中，35 kV低壓無功補(bǔ)償裝置常規(guī)配置有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器，用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓質(zhì)量，滿足供電要求。其中，低壓并聯(lián)電容器在系統(tǒng)中的作用如下：

(1) 補(bǔ)償感性負(fù)荷和電網(wǎng)感性元件的無功功率，提高功率因數(shù)，降低功率損耗和電能損耗；

(2) 改善電壓質(zhì)量；

(3) 提高發(fā)供電設(shè)備的效率；

(4) 減少變配電設(shè)備的投資；

(5) 減少用戶的電費(fèi)支出；

(6) 用于靜止補(bǔ)償器，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和維持電壓恒定。

1 低壓并聯(lián)電容器組型號(hào)及接線位置

某500 kV變電站低壓無功補(bǔ)償裝置配置有4組電容器、4組電抗器，其中1，2號(hào)TBB35-60120/334-AQW低壓并聯(lián)電容器在運(yùn)行中發(fā)生了電容器熔斷器頻繁熔斷現(xiàn)象。

電容器組在系統(tǒng)中的一次主接線如圖1所示。

2 1，2號(hào)電容器熔斷器頻繁熔斷詳情

1，2號(hào)電容器于2007-06-19投運(yùn)，3，4號(hào)電容器于2008-07-05投運(yùn)。投運(yùn)初期，變電站內(nèi)過往負(fù)荷不大，電容器利用率不高。隨著附近大功率用戶(鋼廠、鋁廠等)投產(chǎn)后，感性負(fù)荷增大，為避免系統(tǒng)電壓越下限運(yùn)行，電容器必須投入運(yùn)行。自2011年1，2號(hào)電容器投入運(yùn)行以來，電容器鼓肚、漏油情況時(shí)有發(fā)生，經(jīng)常出現(xiàn)熔斷器熔斷現(xiàn)象。

圖1 電容器組在系統(tǒng)中的一次主接線示意

2.1 電容器熔斷器熔斷時(shí)的具體現(xiàn)象

電容器熔斷器熔斷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“保護(hù)跳閘”“差流保護(hù)動(dòng)作：A相差流，0.200A；B相差流，3.330A；C相差流，0.010A”；B相第16只保險(xiǎn)熔斷；橋差電流不平衡，橋差接線差流值二次側(cè)達(dá)到0.57A，延時(shí)0.2 s跳開本回路斷路器。

2.2 電容器熔斷器熔斷的歷史記錄

現(xiàn)以2號(hào)電容器2014年4—7月運(yùn)行記錄為例，其熔斷記錄如表1所示。

表1 2號(hào)電容器2014年4—7月運(yùn)行熔斷記錄

3 熔斷器的熔斷機(jī)理

該500 kV變電站中型號(hào)為BAM11/2-334-1W的單只電容器，配置了BR8型系列改進(jìn)型噴射式熔斷器，主要由熔管、熔芯及支架組成，適宜環(huán)境溫度-40—55 ℃。

3.1 熔斷器的熔斷過程

并聯(lián)電容器的內(nèi)部芯子由多個(gè)元件串并聯(lián)組成。當(dāng)某個(gè)元件發(fā)生擊穿短路后，在故障電容器內(nèi)部，該故障元件所在串聯(lián)段短路引起電容器內(nèi)部串聯(lián)段減少，電容量增大，流過電容器的電流也相應(yīng)增大，健全的各串聯(lián)元件上的電壓亦隨之增大，因此故障有可能繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)擊穿短路的串聯(lián)元件達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，與電容器串聯(lián)的熔斷器的熔絲流過的電流增大，使熔體熔斷，其尾線在彈簧反彈拉力的作用下，拉長(zhǎng)了熔斷點(diǎn)的電弧；同時(shí)滅弧管產(chǎn)生氣體，使熔管內(nèi)的壓力迅速增大，致使電弧迅速熄滅，故障電容器與系統(tǒng)隔離，從而起到保護(hù)作用。

3.2 單只電容器熔絲的配置原則

熔斷器熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置，熔斷器在通過該電流時(shí)不熔斷，當(dāng)電容器內(nèi)部有50 %—75 %串聯(lián)元件段擊穿短路時(shí)適時(shí)熔斷。如電容器內(nèi)部元件發(fā)生貫串性短路，熔斷器能在電容器外殼爆裂前開斷，切除電容組中故障電容器，避免事故擴(kuò)大。

3.3 熔斷器動(dòng)作后的檢測(cè)

熔斷器動(dòng)作后，要查清動(dòng)作原因，了解熔斷器是誤動(dòng)作還是正常動(dòng)作，必須對(duì)熔斷器動(dòng)作過的電容器進(jìn)行性能檢測(cè)。若電容器損壞，必須更換電容器，不允許減容運(yùn)行及帶故障電容器單元合閘。檢查電容器時(shí)，一定要測(cè)量極間電容量和對(duì)殼絕緣電阻，最好開展耐壓試驗(yàn)。

4 熔斷器頻繁熔斷的后果

從表1可以看出，2號(hào)電容器在2014年4—7月運(yùn)行中連續(xù)熔斷5次。每次熔斷器熔斷后，橋差保護(hù)均動(dòng)作斷路器跳閘，系統(tǒng)電壓降低，電壓質(zhì)量下降。檢查電容器故障情況及更換熔斷器時(shí)，均需將電容器與系統(tǒng)隔離，并做好安全措施。

頻繁更換電容器及熔斷器將造成極大的浪費(fèi)，為此需分析電容器熔斷器頻繁熔斷原因，以避免電力設(shè)備物資浪費(fèi)，確保系統(tǒng)正常供電，顯得尤為重要和迫切。

5 熔斷器頻繁熔斷原因分析及應(yīng)對(duì)措施

5.1 過電壓

電容器組額定電壓為35 kV，超過額定電壓運(yùn)行將造成不允許的過負(fù)荷。電容器在超過1.10倍額定電壓下運(yùn)行，將造成介質(zhì)場(chǎng)強(qiáng)增高而影響電容器的性能和壽命；當(dāng)過電壓的幅值及作用時(shí)間超過允許值時(shí)，將造成電容器內(nèi)介質(zhì)局部放電、局部過熱乃至絕緣擊穿。電容器穩(wěn)態(tài)過電壓的限值及持續(xù)時(shí)間如表2所示。

表2 電容器穩(wěn)態(tài)過電壓的限值及持續(xù)時(shí)間

因此，電容器在運(yùn)行、投退過程中應(yīng)密切監(jiān)視35 kV系統(tǒng)電壓情況，超過1.10倍額定電壓，即38.5 kV時(shí)電容器不應(yīng)再投入運(yùn)行，已投入的電容器應(yīng)及時(shí)退出運(yùn)行。系統(tǒng)容性無功如果不足，需要投入電容器來提高系統(tǒng)電壓時(shí)，應(yīng)該注意到功率因數(shù)。在功率因數(shù)不低的情況下，單純投入電容器對(duì)提高220 kV，500 kV系統(tǒng)電壓的作用不明顯，對(duì)35 kV系統(tǒng)電壓升高作用則比較明顯。35 kV母線電壓的升高，將使電容器的實(shí)際出力變大甚至過載，導(dǎo)致熔斷器熔斷。

因此，在功率因數(shù)低的情況下，雖然可以投入電容器，但此時(shí)要注意母線電壓，不能超過38.5 kV(1.10倍額定電壓)。電容器退出、投入操作要間隔5 min，防止電容器帶電荷合閘。電容器帶電荷合閘，可能使電容器承受約2倍的額定電壓，峰值甚至更高，這對(duì)電容器是有害的；同時(shí)也會(huì)造成很大的沖擊電流，造成熔斷器熔斷。

5.2 高次諧波引起的過電壓、過電流

高次諧波會(huì)引起諧振和諧波放大，電容器組的容量選擇以避開諧振點(diǎn)和避免諧波放大為原則。同時(shí)，高次諧波還會(huì)引起電容器過電流，因此可在電容器組與系統(tǒng)間串聯(lián)小電抗器(見圖1)，降低回路的諧振頻率，以抑制高次諧波和合閘涌流。該變電站對(duì)1，2號(hào)電容器組在大負(fù)荷期間進(jìn)行了諧波測(cè)試(至少48 h)，測(cè)試結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。

5.3 熔斷器配置不當(dāng)

電容器熔斷器配置為100 A保險(xiǎn)絲，單只電容器電容為35.15 μF，額定電壓11/2 kV，依據(jù)公式I=Uωc，可得單只電容器額定電流為：

I=11/2×103×2×3.14×50×35.15×10-6=60.7 A；

故，1.5I=1.5×60.7=91.05 A。

1.5I為 91.05 A，小于100 A，符合熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置余度。

5.4 制造、安裝工藝影響

造成電容器質(zhì)量缺陷的原因一般有不合理的設(shè)計(jì)、不恰當(dāng)?shù)牟牧弦约爸圃爝^程不恰當(dāng)(例如卷制、引線連接、裝配、真空處理)等。由于制造工藝原因，還可能存在單只電容容量偏差等問題。一旦存在以上問題，那么電容器組就會(huì)存在一定的缺陷，這也是熔斷器易熔斷的原因之一。另外，在安裝過程中，要確保熔斷器熔芯不受外力損傷，特別是在安裝熔管時(shí)熔芯不能隨緊固跟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以避免熔芯扭曲損傷。熔斷器和母排連接螺母一定要緊固，不能松動(dòng)，不然會(huì)造成接觸電阻較大，在電容器長(zhǎng)期運(yùn)行后將引起發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致熔斷器熔斷。

5.5 環(huán)境溫度及外力影響

運(yùn)行溫度過高會(huì)嚴(yán)重影響電容器的壽命。以2號(hào)電容器為例，在夏季高溫天熔斷器頻繁熔斷。該型號(hào)電容器屬屋外配置，夏季長(zhǎng)期在烈日下爆曬，溫升較高，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，易引起電容器熔斷器熔斷。因此，應(yīng)對(duì)運(yùn)行中的電容器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)應(yīng)跟蹤監(jiān)視，高溫時(shí)段每小時(shí)測(cè)1次溫度，觀察溫升發(fā)展變化情況。有余地時(shí)，調(diào)換成其他電容器組運(yùn)行。日常運(yùn)行中，電容器在高負(fù)荷時(shí)段投入運(yùn)行、低負(fù)荷時(shí)段退出運(yùn)行，以避免電容器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)熱及外力引起的電容器熔斷器熔斷。由于有過類似事故教訓(xùn)，河南省500 kV變電站35 kV設(shè)備已全部實(shí)行絕緣化處理。

6 運(yùn)行維護(hù)

運(yùn)行中每天觀察電容器裝置各部件運(yùn)行情況，加強(qiáng)對(duì)熔斷器的檢查和維護(hù)。檢查熔斷器是否完好以及熔斷器動(dòng)作情況，電容器是否滲漏，接頭是否變色，外殼是否鼓脹、破裂以及地面油跡、電氣連接有無過熱征候。檢查斷路器分閘和合閘回路是否良好、有無放電痕跡。測(cè)量熔斷器、電容器及各聯(lián)接點(diǎn)的溫度是否正常，若溫度過高應(yīng)及時(shí)處理，避免熔斷器過熱誤動(dòng)。遇到停電時(shí)，應(yīng)及時(shí)清掃各套管表面和各電器外殼、構(gòu)架，以防引發(fā)意外事故。各處聯(lián)接點(diǎn)的聯(lián)接應(yīng)牢固穩(wěn)靠，不允許出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，擰緊全部電氣接頭，使設(shè)備正常運(yùn)行。特殊巡視檢查應(yīng)在系統(tǒng)電壓較高、外溫較高的時(shí)間段進(jìn)行。遇雷雨、風(fēng)、雪等惡劣天氣時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行特殊巡視檢查，對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行記錄、跟蹤觀察，并及時(shí)處理。

7 結(jié)束語

電容器熔斷器熔斷原因一般是可控、在控的。如果制造過程中存在技術(shù)性、工藝性缺陷，將無法使熔斷器熔斷現(xiàn)狀得到有效控制。該變電站1，2號(hào)電容器組于2014-09-20進(jìn)行整組熔斷器更換后，還存在熔斷現(xiàn)象;但相同型號(hào)、同廠家的3，4號(hào)電容器組不存在熔斷器熔斷現(xiàn)象，這說明1，2號(hào)電容器組可能存在產(chǎn)品質(zhì)量缺陷，應(yīng)對(duì)1，2號(hào)電容器進(jìn)行整組更換。

1 王明欽．35 kV配電網(wǎng)PT高壓熔斷器熔斷故障抑制措施 研究[D]．保定：華北電力大學(xué)，2011.

2 梁兆文．配網(wǎng)PT熔斷器頻繁熔斷原因及解決措施研究 [D].廣州：華南理工大學(xué)，2016.

3 解廣潤．電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電利出版社， 1997.