干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的事故分析及防范對策

引言：作為電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)闹匾O(shè)備，干式自愈式高壓并聯(lián)電容器對于改善電壓質(zhì)量、提高功率因數(shù)、降低線損等方面發(fā)揮著舉足輕重的作用。雖然近年來隨著生產(chǎn)工藝和介質(zhì)材料的不斷改進(jìn)， 干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的可靠性有了較大的提高，但仍然不斷發(fā)生各種事故。究其原因，除了產(chǎn)品自身的質(zhì)量原因，設(shè)備參數(shù)配置不的合理、運(yùn)行中操作過電壓等都是導(dǎo)致干式自愈式高壓并聯(lián)電容器發(fā)生事故的直接原因，因此本文將以一起典型的干式自愈式高壓并聯(lián)電容器為例，對如何防范此類事故的再次發(fā)生提出一些參考建議。

一、干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的概述

1.1 干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的工作原理

干式自愈式高壓并聯(lián)電容器所用元件為自愈式電容器元件，其介質(zhì)為單層聚丙烯膜，表面蒸鍍了一層很薄（低于1/100um）的金屬作為導(dǎo)電電機(jī)。當(dāng)施加電壓時(shí)聚丙烯膜電弱點(diǎn)被擊穿，擊穿電流將穿過擊穿點(diǎn)。由于導(dǎo)電的金屬化鍍層的電流密度急劇增大，并使金屬化層產(chǎn)生高熱，使擊穿點(diǎn)周圍的金屬導(dǎo)體迅速蒸發(fā)逸散，形成金屬鍍層空白區(qū)，擊穿點(diǎn)自動(dòng)恢復(fù)絕緣。介質(zhì)膜產(chǎn)生一個(gè)非常小的孔洞，直徑約幾微米，自愈過程消失的金屬化鍍層面積直徑約幾毫米。

1.2 干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的運(yùn)行要求

（1）注意運(yùn)行電壓

干式自愈式高壓并聯(lián)電容器額定電壓一般取系統(tǒng)額定電壓的1.1倍，如果電容器串聯(lián)了限制諧波放大作用的電抗器（電抗率在6%及以上），由于串聯(lián)電抗器的作用會造成干式自愈式高壓并聯(lián)電容器運(yùn)行電壓高于母線運(yùn)行電壓。干式自愈式高壓并聯(lián)電容器過電壓能力比較差，在1.1倍額定電壓每天運(yùn)行不得超過12h，這種情況下可以選擇高一級額定電壓產(chǎn)品（如1.2倍系統(tǒng)額定電壓產(chǎn)品）。

（2）限制合閘涌流

干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的元件采用端部噴金，噴金部位導(dǎo)電能力比較差，研究結(jié)果表明高幅值多次沖擊容易造成端部接觸質(zhì)量降低，噴金脫落。因此干式自愈式高壓并聯(lián)電容器應(yīng)采用并聯(lián)電抗器來限制合閘涌流，不考慮限制諧波放大時(shí)，串聯(lián)1%的電抗器就可以。

（3）夏季通風(fēng)散熱的強(qiáng)化

溫度對干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的壽命影響很大，干式自愈式高壓并聯(lián)電容器在城市中一般安裝于比較狹小的空間，散熱和通風(fēng)條件都比較差，夏季高溫季節(jié)要特別重視電容器室的通風(fēng)，必要時(shí)可以選擇高一級溫度類別的產(chǎn)品。

二、一起典型的干式自愈式高壓并聯(lián)電容器事故

2.1 事故的描述

2010年1月15日，南京某公司35kV變電站內(nèi)10kV干式自愈式高壓并聯(lián)電容器發(fā)生爆炸，導(dǎo)致電容器被燒毀。該35kV變電所有人值班，所燒毀的干式自愈式高壓并聯(lián)電容器于2000年12月投運(yùn)，當(dāng)日值班人員在14：30分左右聽到放電聲就立即進(jìn)行排查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10kV干式自愈式高壓并聯(lián)電容器冒煙。此后值班人員立即拉開電容器116開關(guān)，拉開開關(guān)時(shí)電流指示約為120A，保護(hù)未動(dòng)作，由于燒毀的10kV干式自愈式高壓并聯(lián)電容器室為獨(dú)立房間，因此電容器的爆炸沒有對10kV高壓開關(guān)室造成影響。

2.2 事故的原因分析

南京某公司35kV變電站于1987年正式送電，此次爆炸所使用的干式自愈式高壓并聯(lián)電容器是2000年投運(yùn)并經(jīng)過技術(shù)改造的，該電容器由***電容器廠制造，型號為：TBB（SH）10-2400/400-B1，額定電流：126A，接線方式：Y-Y，出廠日期：1999年10月。該干式自愈式高壓并聯(lián)電容器保護(hù)有：速斷，定值590A；過流，定值210A；過電壓，定值120V；低電壓，定值66V；差流，定值8A；CT變比，200/5A。

發(fā)生爆炸時(shí)，該干式自愈式高壓并聯(lián)電容器116開關(guān)沒有跳閘動(dòng)作，該保護(hù)于2009年4月校驗(yàn)，現(xiàn)場檢測116開關(guān)均能在定值內(nèi)正確動(dòng)作。為了準(zhǔn)確分析導(dǎo)致干式自愈式高壓并聯(lián)電容器發(fā)生爆炸的原因，技術(shù)人員認(rèn)真查找相關(guān)資料和請教其他技術(shù)人員，最后認(rèn)為導(dǎo)致此次爆炸事故發(fā)生的原因?yàn)椋鹤杂礁邏翰⒙?lián)電容器的元件是多串段構(gòu)成，元件的某一段失效并不會引起大的電流變化，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)故障點(diǎn)周圍的金屬層將被蒸發(fā)，故障點(diǎn)的等效電阻取決于炭化通道和弧道電阻，可以從幾十到數(shù)千Ω，故障點(diǎn)的電流值遠(yuǎn)小于非自愈式擊穿點(diǎn)的電流，故障電流很有可能不被發(fā)現(xiàn)而造成事故。在多串段元件某一段失效的情況下，無論是過度過程電流、電壓還是穩(wěn)態(tài)電流、電壓變化都不大，很難判斷元件是否處于故障狀態(tài)。

2.3 事故的防范對策

在認(rèn)真分析此次干式自愈式高壓并聯(lián)電容器爆炸發(fā)生原因的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員認(rèn)為，要避免此類爆炸事故的再次發(fā)生，必須重點(diǎn)做好如下方面的工作：

第一，用電檢查人員應(yīng)認(rèn)真做好高壓電容器投運(yùn)前的設(shè)備驗(yàn)收，設(shè)備必須經(jīng)過型式試驗(yàn)和省級以上技術(shù)鑒定，驗(yàn)收檢查時(shí)特別注意接線的正確性和保護(hù)熔絲的布置方式。

第二，客戶變電站電氣值班人員應(yīng)對高壓電容器加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，嚴(yán)格控制電容器的運(yùn)行電壓和電流，防止電容器出現(xiàn)超過最高允許電壓、允許過電流運(yùn)行。

第三，客戶變電站電氣值班人員應(yīng)對電容器室的散熱和通風(fēng)條件進(jìn)行檢查，確保電容器室保持良好的通風(fēng)條件。變電所可以在電容器室內(nèi)安裝排風(fēng)設(shè)備，留設(shè)進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，確保室內(nèi)通風(fēng)良好，防止室內(nèi)溫度過高而影響高壓電容器的正常使用和壽命。

第四，客戶變電所運(yùn)維人員要認(rèn)真檢查高壓電容器的連接處是否牢固，一旦出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象要立即處理；強(qiáng)化高壓電容器的檢查和維護(hù)，利用紅外測溫儀等先進(jìn)設(shè)備對電容器、連接點(diǎn)等處的溫度進(jìn)行測量，避免因熔斷器過熱而造成誤動(dòng)。

第五，客戶變電所電氣值班人員一旦發(fā)現(xiàn)高壓電容器發(fā)生爆炸事故，要立即切斷高壓電容器和電網(wǎng)的連接。通常高壓電容器內(nèi)，每個(gè)電容元件上都串有一個(gè)熔絲來作為高壓電容器的內(nèi)部短路保護(hù)。某些高壓電容器設(shè)有放電電阻，當(dāng)高壓電容器和電網(wǎng)斷開后，通過放電電阻放電，通常在10min后高壓電容器的殘壓就可以降低到75kV以下。

第六，按有關(guān)資料顯示，在2000年左右由于電容器制造廠家的制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量等原因，市場上此類電容器產(chǎn)品合格率不高，根據(jù)江蘇省電力公司蘇電生[2000]48號文“關(guān)于慎用干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的通知”精神，請客戶認(rèn)真吸取事故教訓(xùn)，抓緊整改。同時(shí)要求用電檢查員對其他客戶開展排查和此類隱患治理。

第七，督促客戶加強(qiáng)電容器的巡視和檢查，重視電容器滲漏油、鼓肚、熔絲熔斷、爆裂等隱患缺陷處理，避免電容器帶傷運(yùn)行，有問題盡早整改，防范事故發(fā)生。以漏油事故為例，其處理方法如下：采用正確的搬運(yùn)方法，認(rèn)真進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋要立即更換設(shè)備；加強(qiáng)對高壓電容器的巡視和檢查，發(fā)現(xiàn)油漆剝落要及時(shí)修補(bǔ)；運(yùn)行過程中，重視高壓電容器溫度的調(diào)節(jié)。

三、小結(jié)

干式自愈式高壓并聯(lián)電容器作為電力系統(tǒng)的無功電源之一，能夠有效提高電網(wǎng)的功率因素，因此其安全和可靠運(yùn)行是電網(wǎng)提供經(jīng)濟(jì)且優(yōu)質(zhì)電能的重要保障。本文以一起典型的干式自愈式高壓并聯(lián)電容器爆炸事故為例，對事故發(fā)生的原因進(jìn)行了深入探討，并針對性提出了幾點(diǎn)預(yù)防此類事故再次發(fā)生的建議，以期為促進(jìn)干式自愈式高壓并聯(lián)電容器的穩(wěn)定運(yùn)行，提供一些有益的參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2]譚渡渡，譚曉天.10kV并聯(lián)電容器電壓保護(hù)二次回路接線分析比較[J].湖南電力，2003，23（6）.

（作者單位：江蘇省電力公司南京供電公司）

作者簡介

吳芳柱（1981年10月），男，本科，江蘇南京人，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)電氣自動(dòng)化及供用電技術(shù)。