左 騰 吳金其

（1.國(guó)網(wǎng)浙江平湖市供電有限公司 2.浙江四方格林系統(tǒng)工程有限公司）

0 引言

電力電容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比好［1］，在無(wú)功補(bǔ)償領(lǐng)域極具作用，其廣泛應(yīng)用很好契合了電網(wǎng)中感性負(fù)荷急劇增長(zhǎng)的局面［2］。但運(yùn)行大數(shù)據(jù)顯示：因制造、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的缺陷，或者諧波、環(huán)境等因素的作用［3－4］，電力電容器易發(fā)生故障，進(jìn)而給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)威脅。本文將根據(jù)文獻(xiàn)［5－6］給出的部分電網(wǎng)中電力電容器故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，以故障機(jī)理分析為依托，結(jié)合故障特征研究，提出事故預(yù)防措施，以保障電力電容器的安全可靠運(yùn)行。

1 電力電容器故障機(jī)理

電力電容器為全密封設(shè)備，其故障類(lèi)型見(jiàn)圖1。

圖1 電力電容器故障類(lèi)型

1）內(nèi)部元件擊穿［7］。造成該項(xiàng)故障的因素包括介質(zhì)老化、絕緣受潮、生產(chǎn)工藝不良、運(yùn)行環(huán)境惡劣等。電容元件擊穿的細(xì)項(xiàng)分析可用圖2進(jìn)行展示。

圖2中，電擊穿往往發(fā)生于瞬間（因過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間較短），與溫度關(guān)系不大；熱擊穿則是長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)態(tài)運(yùn)行造成，其內(nèi)部介質(zhì)的溫升與劣化有一個(gè)明顯的軌跡；局部放電擊穿一般由非貫穿電極的局部擊穿逐漸發(fā)展為貫穿性絕緣擊穿故障。

圖2 電容元件發(fā)生擊穿的類(lèi)型分析

2）熔絲熔斷。熔絲保護(hù)對(duì)電力電容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行來(lái)說(shuō)是非常重要的，可區(qū)劃為外熔絲保護(hù)與內(nèi)熔絲保護(hù)。前者的作用是將整個(gè)故障電容器隔離（即使故障發(fā)生在電容器內(nèi)部），而后者僅將電容器內(nèi)部的故障元件隔離（電容器仍可保持運(yùn)行）。根據(jù)對(duì)大量運(yùn)行實(shí)情的統(tǒng)計(jì)：①外熔絲易誤熔斷，原因?yàn)槿劢z選型不當(dāng)或接線端子接觸不良；②內(nèi)熔絲可能出現(xiàn)拒熔斷，原因?yàn)槿劢z與內(nèi)部元件不匹配。

3）內(nèi)部短路故障。主要形式為兩種：①內(nèi)部極間短路；②內(nèi)部帶電極板對(duì)外殼短路。內(nèi)部短路故障可能與運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、內(nèi)部受潮、設(shè)計(jì)制造缺陷等有關(guān)。

4）外部放電故障［2］。該類(lèi)故障主要出現(xiàn)在電容器本體外部的套管部位（如沿面閃絡(luò)等），一般在巡檢中可明顯辨識(shí)，且能借助繼電保護(hù)隔離，其危害程度相對(duì)較小。

2 電力電容器故障表征及原因剖析

當(dāng)電力電容器存在各種潛在或顯在異常時(shí)，一般會(huì)有相應(yīng)表征出現(xiàn)［3］，如圖3所示。

圖3 電力電容器存在運(yùn)行異常處的表征特點(diǎn)

1）A層面展開(kāi)。滲漏油現(xiàn)象會(huì)明顯呈現(xiàn)在電力電容器外表，它一方面造成設(shè)備內(nèi)部絕緣水平降低（因絕緣油減少了），另一方面致使外部潮氣吸入（因油面下降了），最后均可能引發(fā)爆炸事故。滲漏油致因：焊接工藝不良、密封膠墊老化或受力不均、本體受到擠壓或碰撞、運(yùn)維缺乏所致的外殼銹蝕、套管密封性變差等。

2）B層面展開(kāi)。電容器殼體允許少量形變（前提是由溫度或電壓正常波動(dòng)引起）。但若電容器內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，將會(huì)使絕緣介質(zhì)分解出大量氣體，一方面加劇內(nèi)部絕緣劣變，另一方面改變固有電氣絕緣距離，極易引發(fā)火災(zāi)事件。殼體變形主要由于產(chǎn)品質(zhì)量，如絕緣油性能不達(dá)標(biāo)、電極與絕緣介質(zhì)選材差、制造中不注意內(nèi)部雜質(zhì)殘留等。

3）C層面展開(kāi)。電力電容器使用壽命與其運(yùn)行溫度的關(guān)系：超過(guò)運(yùn)行規(guī)定溫度后，每升高8℃將使電容器壽命減半。溫升異常對(duì)絕緣介質(zhì)的熱老化顯然是致命的。溫升異常致因：周遭通風(fēng)差、過(guò)電流時(shí)間長(zhǎng)、整流裝置的高次諧波等。

4）D層面展開(kāi)。電容器成套裝置在運(yùn)行中，因布置緊湊易吸附環(huán)境中的帶電顆粒，使得套管表面污穢聚集，從而給套管瓷瓶沿面放電帶來(lái)“便利”。

5）E層面展開(kāi)。電容器內(nèi)部無(wú)機(jī)械動(dòng)作單元，正常不會(huì)有異聲，一旦出現(xiàn)意味著內(nèi)部有高能局放。

6）F層面展開(kāi)。這歸屬惡性事故，不但危及全站供電，還可致人死亡，事故場(chǎng)景如圖4所示。這類(lèi)事故常由貫穿性短路故障造成。

圖4 電力電容器爆裂事故場(chǎng)景展示

7）G層面展開(kāi)。與變壓器設(shè)備不同，電力電容器組的運(yùn)行狀態(tài)始終是滿負(fù)載，因此回路電流一般較大，若各處連接頭接觸不良（安裝原因或維護(hù)原因），必然導(dǎo)致連接處的異常發(fā)熱，當(dāng)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，連接線熔斷是大概率事件。

3 針對(duì)性防控措施的制定

根據(jù)前面關(guān)于電力電容器故障機(jī)制、特征、致因的研究，可制定出如圖5所示的應(yīng)對(duì)措施框架。

圖5 電力電容器事故預(yù)防的措施體系

1）A層面展開(kāi)。在制造上，務(wù)必確保原材料合格、生產(chǎn)裝備達(dá)標(biāo)，以及工藝流程的規(guī)范和出廠檢驗(yàn)的嚴(yán)控。在安裝階段，本著“分相、分組”合理原則，確?！跋嗯c相”、“段與段”的電容量平衡；另外，交接驗(yàn)收要嚴(yán)格按驗(yàn)收指導(dǎo)書(shū)執(zhí)行。

2）B層面展開(kāi)。在對(duì)線路作停、送操作時(shí)，按“先斷后合”原則操作電容器組，按“先合后斷”原則操作各路負(fù)載。當(dāng)恢復(fù)電力電容器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)核驗(yàn)放電時(shí)間是否充足。對(duì)電容器組的投切應(yīng)從控制策略上減少頻繁度。若保護(hù)裝置已發(fā)生過(guò)動(dòng)作，則務(wù)必先查明原因并予以解決。為規(guī)避高次諧波入侵，應(yīng)結(jié)合具體使用場(chǎng)所對(duì)電抗率作科學(xué)擇定。

3）C層面展開(kāi)。對(duì)于室內(nèi)電容器組，一般須配置自動(dòng)控溫裝置；對(duì)于室外電容器組，須考慮防太陽(yáng)直射的措施，且要著力營(yíng)造良好的通風(fēng)散熱條件。另外，定期紅外測(cè)溫必不可少。

4）D層面展開(kāi)。當(dāng)前，信息技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采取在線監(jiān)測(cè)已非難事。①要實(shí)時(shí)采集電力電容器實(shí)際運(yùn)行電壓，并按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以控制，以規(guī)避該類(lèi)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行于過(guò)電壓條件。②對(duì)一些重要的故障特征狀態(tài)信息進(jìn)行在線采集，如局放、介損、電容量、泄漏電流、有功損耗等，一方面可即時(shí)區(qū)判是否需停運(yùn)檢查，另一方面也可積累運(yùn)行數(shù)據(jù)作運(yùn)行趨勢(shì)的預(yù)判，以推進(jìn)狀態(tài)檢修的精準(zhǔn)性。

5）E層面展開(kāi)。日常巡視可發(fā)現(xiàn)圖3中多類(lèi)異常，若殼體形變、滲漏油、放電痕跡、瓷瓶污穢、連接處發(fā)熱（借助示溫片、紅外測(cè)溫儀）等，從而及時(shí)維護(hù)和檢修，確保電容器組的穩(wěn)健運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

電力電容器是電網(wǎng)的重要組成設(shè)備，對(duì)穩(wěn)定負(fù)載電壓、保證電力供需經(jīng)濟(jì)性等意義重大。本文通過(guò)對(duì)造成電力電容器各類(lèi)故障的機(jī)理、特征、致因作深度分析，然后提出針對(duì)性的預(yù)控措施，可作為變電站室內(nèi)電容器組運(yùn)維、線路柱上無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)維等的有效參考。