农村变电所并联电容器损坏事故分析及改进

1、农村变电所并联电容器损坏事故分析及改进摘要：本文从当前农村变电所电容器运行和设计中存在的几个典型案例入手，着重从电容器保护配置、投切电容器的断路器选择、电网谐波、电网运行电压等四个方面简述了易引起电容器损坏的原因，并提出了改进措施。关键词： 变电所，并联电容器，事故分析，改进引言近几年，并联电容器作为电力系统功率因数提高和母线电压调整的补偿装置，已经被广泛应用到变电所当中，并在提高电网供电能力、电能质量和降低网络损耗等方面发挥的作用越来越明显。但目前，用于变电所集中补偿的并联电容器损坏和爆炸事故时有发生，成为影响电网安全和经济运行的重要因素。因此很有必要对农村变电所无功补偿电容器在设计和运行中

2、存在的问题进行剖析，并制定切实可行的措施。1 电容器保护装置配置不合理导致电容器损坏1.1 典型案例目前，大多数变电所电容器的保护方式主要采用熔断器保护。但当电容器内部元件严重击穿产生故障电流时，熔丝不能及时熔断，同时，有效的继电保护措施未跟上，过电流使电容器内部的温度急剧上升，导致电容器胀裂或爆炸。1.2 原因分析熔断器不能阻止单只电容器的爆裂和爆炸，原因是单只高压电力电容器内部是由多个小单元电容器串联而成，额定电压就分配在几个单元电容器上，某只电容器损坏时，首先是内部一个单元电容发生击穿损坏，使剩下的单元电容运行电压升高。这时电流增大很小，熔断器不能熔断保护。电容器继续运行，由于每个单元电

3、容的运行电压很高，很快又出现第二个单元电容击穿损坏，剩下单元电容运行电压又被提高，这时的熔断器还不能熔断，此时电容器有可能已经出现鼓肚，重者出现鼓裂、漏油。这样继续运行下去，很可能会造成这只电容器由鼓肚、鼓裂、漏油到爆炸起火。根据实际运行经验和对多起被烧毁电容器的解体分析证明，电容器的爆炸起火一般仅是某一只爆炸起火所引起的，而某一只电容器的爆炸起火，又是因电容器内部几个串联单元中有被击穿损坏的单元不能被发现继续运行造成的，虽然故障发展到爆炸起火的恶性事故，但故障过程中电流依然增大很少，熔断器和一般的过流保护是在事故发生以后才动作，可是事故已经发生了。所以，在设备安全运行上如何及时发现电容器的早

4、期故障，发现故障后尽快的把故障电容器切掉，是保证高压无功补偿设备安全运行、避免爆炸事件发生的根本条件。1.3 改进措施电容器保护装置设计中可设有故障和事故两种保护。故障保护能及时发现电容器的早期击穿故障，避免由故障发展到事故状态。事故保护能避免事故扩大向上一级蔓延。可通过外熔丝加微机保护作为电容器的主保护。熔断器作为事故保护，采用相电压式零序微机保护（单组电容器容量较小时），或电压差动微机保护（单组电容器容量较大时）作为故障保护。熔断器的熔丝额定电流选择，不应小于电容器额定电流的1.43倍，并不宜大于额定电流的1.55倍。电容器微机保护应能实现电压不平衡保护、母线过电压保护、母线失压保护、过负

5、荷保护、速断保护和过流保护等。1段过流保护和2段过流保护过电流的整定值整定在额定电流的1.251.45倍，并与时间定值配合使故障保护更加可靠，保证设备安全运行，使电容器有鼓胀发生时不会发生爆炸着火事故。另外，当电容器内部某个小单元电容发生击穿短路时，电流虽然变化很小但零序电压变化却很明显，每组电容器的零序电压是由并联在每相电容器上的PT构成开口三角检出的，不受任何外界及电源不平衡的影响，只有电容器组三相容量发生不平衡时才会出现，所以这种保护能准确及时的发现电容器的早期故障，尽快的把故障电容器切除掉，避免爆炸事件的发生。2 电容器投切开关采用普通断路器导致电容器损坏2.1 典型案例目前，部分变电

6、所投切电容器组的断路器多采用分、合普通负载的断路器，但在合闸时的触头弹跳，分闸时电弧重燃等原因，产生幅值较高的内过电压，造成电容元件介质击穿。2.2 原因分析2.2.1首先投切电容器时有涌流。在电容器投入瞬间会产生涌流，其频率约为250-4000Hz。单独一组电容器的合闸涌流约为额定电流的5-15倍，大小取决于系统电源的阻抗和电容器容量的大小；多组电容器逐级投入时，会产生追加合闸涌流，约为电容器额定电流的25-250倍，大小主要取决于已投入电容器组与追加电容器组间的阻抗。即使装有串联电抗器合闸涌流仍在数倍以上。2.2.2其次切电容器时有过电压。切电容器时，开关触头间隙上的电压约为2-3倍额定电

7、压，一般情况下，电容器都串有电抗器，在分闸的瞬间都带有复杂的振荡，所以在分闸后的瞬间加在开关触头间隙上电压可能是几倍额定电压。2.2.3频繁动作。自动补偿装置中的投切开关每天可能分合几次甚至十几次，比普通负载用的高压开关动作频繁。2.3 改进措施投切电容器的开关在投电容器时开关触头要承受的电流是额定电流的几倍或几十倍甚至几百倍，切电容器开关触头承受的电压是额定电压的两倍以上，这都是普通负载开关合闸分闸时没有的现象，所以在选择或设计投切电容器的开关时除了要求将投(切)开关的容量选得比并联电容器组的容量大35%左右以外，还必须满足：(1)触头的承受电流要尽量大，触头压力不能太小，以承受合闸涌流的冲

8、击，减少触头烧损；(2)开关的触头间隙要尽量大，以承受分闸时的过电压，避免重燃。(3)适合频繁动作。为了减少开关设备的投资和投切次数，以降低操作过电压的机率，在运行条件能满足时，电容器的单组容量应争取大一些，组数少一些。3 电网谐波超标引起的电容器损坏3.1 典型案例电网的谐波超标引起过电流，使电容器过热、绝缘降低导致损坏。3.2 原因分析当电网存在谐波时，投入电容器后其端电压增大，通过电容器的电流增加得更大，使电容器损耗功率增加。对于膜纸复合介质电容器，虽然允许有谐波时的损耗功率为无谐波时损耗功率的1.38倍；对于全膜电容器允许有谐波时的损耗功率为无谐波时的1.43倍，但如果谐波含量较高，超

9、出电容器允许条件，就会使电容器过电流和过负荷，损耗功率超过上述值，使电容器异常发热，在电场和温度的作用下绝缘介质会加速老化。尤其是电容器投入在电压已经畸变的电网中时，还可能使电网的谐波加剧，即产生谐波扩大现象。另外，谐波的存在往往使电压呈现尖顶波形，尖顶电压波易在介质中诱发局部放电，且由于电压变化率大，局部放电强度大，对绝缘介质更能起到加速老化的作用，从而缩短电容器的使用寿命。一般来说，电压每升高10%，电容器的寿命就要缩短1/2左右。在谐波严重的情况下，还会使电容器鼓肚、击穿或爆炸。3.2 改进措施在电网中有许多谐波源存在，如果在设置并联电容器的网点处谐波过大，若直接投入并联电容器，往往会使

10、电网中的谐波更大，对并联电容器的安全造成极大的威胁。采取装设串联电抗器的方法，能够有效地抑制谐波分量及涌流的发生，对保证并联电容器的安全运行具有明显的效果。有条件的地方应事先对并联电容器安装处的谐波分量进行测试，并根据测试结果确定所需安装的串联电抗器容量。串联电抗器的设置容量，也可根据所装设的并联电容器容量直接确定。串联电抗器的电抗率选择应符合下列规定：（1）仅用于限制涌流时，电抗率宜取0.1%1%。（2）用于抑制谐波，当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜取6%；当并联电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，宜取12%；亦可采用4.5%6%与12%两种电抗率。另外，对仅

11、考虑抑制5次以上谐波放大问题的场所(即电抗器容量为电容器容量的6%)，还应注意防止对3次谐波的放大问题，通常认为3n次谐波分量由于在Y结线变压器的绕组中环流短路在系统中不会出现，实际上由于变压器三相磁路的不对称，电源电压和负荷的不平衡，三相铁心的饱和程度不同，各相产生的三次谐波的大小及相位也不相同，所以变压器绕组侧的线电压及线电流中仍存在三次谐波分量，其幅值的比例不小，对6串联电抗率的电容器组往往可能产生谐波放大。4 运行电压偏高易引起电容器损坏4.1 典型案例部分变电所电容器运行电压偏高，超过额定电压的1.1倍，造成电容器内部介质局部放电，使介质受到损害，造成介损增大，产生局部过热，并发展成

12、绝缘击穿。4.2 原因分析由于电容器的功率损耗和发热量与电压的平方成正比（Q=CU2），如电网电压偏高，加之环境湿度过高，散热困难，在较长时间的高温、高电场强度作用下，绝缘加速老化，将导致电容元件击穿。击穿后，不但击穿相电流增大，而且并联的其他电容器向击穿的电容器放电，使该电容器产生剧热，从而绝缘油分解产生大量气体，导致箱壳、瓷导管爆炸。另外，谐波过电压与操作过电压能直接引起电容器爆炸。4.3 改进措施严格控制运行电压 。并联电容器的运行电压，必须严格控制在允许范围之内。即并联电容器的长期运行电压不得大于其额定电压值的10%，运行电压过高，将大大缩短电容器的使用寿命。所以，应根据电网运行电压的实际情况，合理选择额定电压值，使其长期运行电压不大于电容器额定电压值的1.1倍，当然实际运行电压过低也是十分不利的，因为并联电容器所输出的无功功率是与其运行电压的平方成正比的。若运行电压过低，将使电容器输出的无功功率减少，失去了装设并联补偿电容器应起的作用。所以在实际运行中，一定要设法使并联电容器的运行电压长期保持在其额定电压的95%105%，最高运行电压不得大于其额定电压值的110%。  此外，并联电容器的设备绝缘材料的质量和工艺不当、电容器的安装净距不够、电容器安装场所通风散热条件不好、电容器的日常运行和维护不当等也是造成电容器发生损坏或事故的原因。这就要求我