110kV變電站10kV高壓并聯電容器組群爆分析及對策

摘要：10kV電容器組由于頻繁投切而容易出現事故，為了解某110kV變電站10kV#2電容器組群爆的真實原因，文章從設備本身、諧波、保護動作、繼電定值等方面分別進行了深入的分析并形成了綜合分析結果，指出了帶故障單元投切電容器可能引發的后果，為杜絕以后發生類似事故給出了實際指導和詳實的理論依據。

關鍵詞：帶故障投切；電容器組；群爆分析

中圖分類號：TM53 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）04-0133-02

1 缺陷情況

2012年9月25日，某110kV變電站10kV#2電容器組517開關在14時01分59秒485毫秒發生限時電流速斷三相動作跳閘故障，且在15時02分12秒373毫秒零序差流動作，經現場檢查后發現#2電容器組已發生群爆，表面已爆毀了21條熔斷器，中性點CT爆裂，三相母排均有不同程度的燒蝕及彎曲，必須停電進行消缺工作以恢復供電。#2電容器組型號為：TBB10-6000/200-BL，電容單元型號為：BAM411/√3-200-1W，生產日期2002年12月和2003年3月。

2 原因分析

2.1 諧波情況分析

經過調查#2電容器組的一些情況：（1）該組安裝了熔斷特性一致蘇杭電氣勝天熔斷器廠生產的熔斷器；（2）系統電壓的運行長期基本對稱；（3）在變電站裝設了消諧裝置；（4）華南理工大學電力學院2010年9月和2011年1月對該站測量電網中高次諧波成分結果沒有超標；（5）電容器組的中性點沒有直接接地。從以上情況看出，可以排除熔斷特性不一致的熔斷器、系統電壓的運行不對稱、高次諧波成分高、系統共振、由于電容器組中性點直接接地的同時，發生10kV單相接地等因素造成的電容器群爆。

2.2 保護動作情況分析

據調查了解，該站電容器內部故障保護形式為熔斷器和繼電保護的方式，保護的動作原理均是由故障電容器在故障時引起電容變化，使故障支路與非故障支路之間電流和電壓產生不平衡而動作的，當電容器內部故障發生特別迅速時，繼電保護如不能快速反應就可能無法避免外殼爆裂。從保護信息反映，故障發生時，保護動作正確，排除電容器組接線錯誤和保護動作失靈的

原因。

2.3 繼保整定值方面分析

#2電容器組不平衡電流保護二次整定值為2A，此定值是根據南網及廣東電網公司相關的標準來整定，從多年來的運行實際經驗，電容器組不平衡電流保護二次整定值為2A是可行的，且此次故障也反映出保護動作是正確的。

2.4 故障原因綜合分析

綜合以上種種分析和推理，由于電容器的速斷保護動作，可以推斷出在電容器組內部發生了相間短路。首先#2電容器組A相某只電容極間接通造成短路，導致了相間母線短路，其結果造成了電容器的速斷保護動作。電容器組中未經電容器極間短接部分，通過熔斷器、母線經電容器的短路放電，導致了的熔斷器部分熔斷即“群爆”。

電容器在投切過程和長期運行中，元件中的個別弱點會老化擴大，甚至個別元件導致擊穿，出現電容量超差或絕緣性能不良等故障。因此在上次保護動作后，必須對電容器進行檢查和檢測，防止帶故障單元投運。特別是在電容器在合閘過程中，產生過電壓和過電流，導致電容器擊穿嚴重和故障擴大。

帶故障電容器單元合閘，合閘過電壓使電容器單元進一步擊穿短路放電，相鄰完好的多個電容器的大量儲能（此時電容器的電壓為合閘過電壓比額定電壓高許多其儲能更大）通過其串接的熔斷器及串接在故障電容器的熔器斷迅速注入故障電容器，產生巨大的放電電流，熔斷器動作的過程中，其開斷性能不良，不能迅速切除故障電流，造成熔斷器群爆，巨大的能量使熔斷器炸飛、到處閃絡放電、巨大的電動力造成母線彎折、瓷瓶燒傷炸壞，使故障擴大，甚至造成電容器爆炸。

由于單臺BAM411/√3-200-1W電容器沒有內熔絲，采用1.5倍額定電流的50A外熔絲以及中性點不平衡電流來實現保護，只有當單臺內部元件擊穿達到一定數量時，熔斷器才能完全切除故障單元，此時的故障單元已處于完全損壞或過電流運行狀態，而中性點不平衡電流（零序電流）保護整定值取得過大也為帶病單元超負荷運行提供條件，在沒有全部檢查電容器單元就以更換外熔絲投入運行，將加速故障單元內部元件損壞和絕緣下降，導致極間瞬間短路和故障相電壓下降，完好相序電壓升高，從而引起相間放電，完好電容器的大量儲能迅速注入故障電容器，最終導致熔斷器群爆，中性點瞬時的大電流使得CT還未躲過保護延時時間就發生爆炸，從而將事故擴大。

根據調取的保護信息，發生故障時#2電容器組限時電流速斷三相動作Ia=8.18A；#3電容器組限時電流速斷三相動作Ia=7.64A。所用的電流互感器變比為500：1，計算可知當時一次的故障電流高達4000A，而熔斷器的極限開斷工頻電流為1800A，熔斷器在高達4000A的故障電流時，必然導致非正常熔斷，發生如下圖1所示的爆毀現象。

3 處理對策

更換#2電容器組故障電容器及其保險以及中性點CT，修復母排并家對電容器組不平衡保護電流整定值進行計算校驗后各項條件均為合格，故障消除，取得了很好的效果，可以恢復運行。

4 結語

發生電容器中性點CT保護動作后，應全面檢查全部電容器單元，在確認無故障后才能投入電容器，帶故障單元投入電容器將會引起事故擴大甚至引發電容器群爆現象，當單只電容熔斷器燒斷時，可以采用電容電感測試儀方便地檢測全部單元，及時發現其他可能有缺陷的電容器，并進行更換，從而將安全隱患及時消除。

參考文獻

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作者簡介：林欽文（1977—），男，廣東興寧人，廣東電網公司東莞供電局工程師，研究方向：人力資源管理。