一起構架式并聯電容器故障分析及處理

冶海平+++方彬

摘 要：針對一起電壓差動保護動作引起的構架式并聯電容器故障，通過電容器測試數據理論計算及電容單元實際解體分析指出故障原因，并對損壞電容單元進行更換處理使其恢復運行，同時從故障原因分析提出電容器選擇及運維方面的一些防范措施。

關鍵詞：構架式；并聯電容器；故障分析

1 故障概況

330 kV某變電站35 kV3號電容器組在2013年9月21日運行中電壓差動保護動作，電容器組35 kV進線62開關緊急跳閘使故障電容器快速從系統中切除。3號電容器組為室外敞開構架形式，故障前電容器組為雙星形不接地運行方式，一組電容由84個電容單元構成，每相由28個電容單元串并聯組成，其中每12個電容單元三并四串后再與另一串三并四串電容組并聯組成一相。電容單元型號為：BAM12-334-1W，額定電壓為12 kV投運日期為2007年8月，生產廠家為西安西電電力電容器有限責任公司。電容器組的外部保護為電流平衡保護與電壓差動保護，內部保護為熔斷器保護。本次故障中電流平衡保護未動作，其故障信號由35 kV3號電容器組C相電壓差動保護裝置發出，動作電壓為 0.93 V，電壓差動保護裝置設定電壓動作定值為0.8 V ，顯然此次故障電壓差已超過保護動作定值，經檢查確認保護裝置信息正確。

2 故障檢查情況

2.1 試驗情況。故障電容器的接線原理圖1所示，電容器組各電容單元經外觀檢查無漏油、鼓包、變形、開裂等異?，F象，外觀良好，歷次試驗數據縱橫比較均無明顯變化趨勢，對3號電容器組進行了電容量、電感直流電阻，電感量、絕緣電阻測試工作，測試數據均在《輸變電設備狀態檢修試驗規程》和《電力設備預防性試驗規程》規定合格范圍內。本次測試中電容量標準負偏差最大絕對值為3.63，負偏差最小絕對值為0.65，無正偏差數據，對A、B、C相電容單元電容量測試數據與其他兩相及歷次試驗數據縱橫比較，發現C相第22號電容單元電容量標準偏差較其他單元有明顯負變化趨勢，測試數據中A、B相數據均無明異常，現將故障C相各單元電容量標稱值、本次測試值及標準偏差數據列表如下（見表1）。

2.2電容單元解體檢查情況。對電容量標準負偏差絕對值較明顯的22號電容單元進行了解體檢查如圖2所示，其內部由多個電容元件、熔絲、放電電阻、油紙絕緣、絕緣附件等構成，對電容元件從上向下逐個檢查發現第二片電容元件熔絲完全熔斷，圖中白色方框區域為損壞電容元件，該熔絲的可靠熔斷快速切除了故障電容元件，從而有效避免故障進一步擴大化。對損壞電容元件進一步解體檢查，該元件由兩張鋁箔極板中間夾多層聚丙烯薄膜繞卷壓平而成，展開鋁箔和聚丙烯薄膜發現內部幾層膜上有明顯的電擊穿點，該擊穿點損壞了兩極板間的絕緣性能，擊穿電流使該元件熔絲快速熔斷。

3 故障原因分析及處理

3.1 電容器故障原因分析

本電容器電壓差動保護是通過檢測同相電容兩串聯段上的電壓作比較。設備正常運行時，電容兩段的容抗大小相等，各自所承受的電壓相等，因此其電壓差約等于零。而當C相22號電容單元中電容元件擊穿損壞導致整個電容器單元的總電容量偏小，使故障段的電容容抗發生變化，由于電容分壓中電壓和電容量呈反比關系，電容單元電容變小導致故障段電容承受的電壓變大，使兩段承受電壓不再相等而產生一個電壓差ΔU，當ΔU超過保護定值時保護裝置動作發出跳閘指令使開關斷開。

故障電容單元內部接線為15并3串方式，對電容單元內部三組電容元件進行了電容量測試，測試數據分別為81.801μF、86.964μF、85.246μF，明顯看出第一組數據偏低很多，由內部接線方式可以估算出一個電容元件損壞引起整個電容單元標準偏差的大小，一個電容原件平均電容量為5.79μF，則15個元件并聯后電容量為86.85μF，其三串元件的總電容量值為28.95μF，若去除損壞元件后單元總電容值為28.26μF，則電容標準偏差為-2.4%，這是理論計算所得數據，但實際測試時綜合考慮各誤差影響后計算的標準偏差會超過-3%，因此當電容器單元標準偏差趨向或超過-3%時應引起重視。

本次故障中導致62開關動作的原因是由于22號電容單元中電容元件損壞導致的，那么是什么原因導致電容單元內部出現擊穿損壞的呢？一般情況下電容器裝置內部故障是由于制造工藝、質量缺陷、絕緣老化、過電壓等原因，使其中一個或幾個內部元件擊穿引起的。電容器在生產過程中油紙絕緣、油膜絕緣、絕緣附件、絕緣漆等在沒有嚴格的真空干燥和浸漬處理情況下，導致其內部存在微量的水份和氣體存在，在長期運行中電容內部溫度慢慢升高使電容元件內部析出氣體，由于ε油膜>ε氣體，那么在同一電場作用下E油膜

根據以上測得的C相電容器單元電容量數據以及一次系統電壓、電感感抗值進行計算驗證22號電容單元內部元件擊穿導致保護裝置動（計算中電感及電容的電阻影響不大則忽略不計），將圖1進一步簡化后得到圖3所示。

圖3 330 kV某變電站3號電容器組簡化接線原理圖

根據測得的數據計算得：

C1=44.12μF C2=43.68μF

C3=58.93μF C4=58.96μF

電容器組上的電壓：

（1）

帶入數據得：UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側電壓差為：

（2）

其中K=110 （3）

帶入數據得：

ΔU12=9.7640 V

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應可靠動作，因此造成62開關跳閘動作，理論保護動作與實際開關跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標準偏差為-0.13%，符合規程規定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數據得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F象，到目前為止運行正常。

4 小結

本次并聯電容器故障中測得電容器單元電容量標準偏差符合《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定值（單臺電容器電容量與額定標定值的標準偏差應在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中規定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應該以《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中的電容量標準偏差合格要求依據，判定22號電容單元超出合格范圍，應立即處理。

5 結束語

對于電容單元由于制造工藝及質量問題導致的內部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應如何防范發生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩定運行水平。

（1）應選擇性能優良，質量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關制造工藝工序，驗收時應落實各項驗收大綱規定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發現電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內部有異常放電聲等不良工況時應立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標準偏差，對于試驗值接近標準偏差范圍值時應加強跟蹤監測，對于試驗值超過準偏差范圍值時立即應進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當本單位執行的規程要求與電容器技術文件或出廠要求規定值不一致時，應按嚴格要求執行，合理正確診斷設備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯電容器使用技術條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[3]吳萬軍.并聯電容器組故障分析及保護配置[J].電力學報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應可靠動作，因此造成62開關跳閘動作，理論保護動作與實際開關跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標準偏差為-0.13%，符合規程規定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數據得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F象，到目前為止運行正常。

4 小結

本次并聯電容器故障中測得電容器單元電容量標準偏差符合《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定值（單臺電容器電容量與額定標定值的標準偏差應在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中規定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應該以《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中的電容量標準偏差合格要求依據，判定22號電容單元超出合格范圍，應立即處理。

5 結束語

對于電容單元由于制造工藝及質量問題導致的內部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應如何防范發生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩定運行水平。

（1）應選擇性能優良，質量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關制造工藝工序，驗收時應落實各項驗收大綱規定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發現電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內部有異常放電聲等不良工況時應立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標準偏差，對于試驗值接近標準偏差范圍值時應加強跟蹤監測，對于試驗值超過準偏差范圍值時立即應進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當本單位執行的規程要求與電容器技術文件或出廠要求規定值不一致時，應按嚴格要求執行，合理正確診斷設備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯電容器使用技術條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[3]吳萬軍.并聯電容器組故障分析及保護配置[J].電力學報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint

ΔU34=0.0584 V

壓差保護的定值ΔU=0.8V，由于ΔU34<ΔU<ΔU12則壓差保護應可靠動作，因此造成62開關跳閘動作，理論保護動作與實際開關跳閘情況相符合。

3.2 電容器組故障處理

對C相偏差較大的22號電容器單元進行了更換處理，其22號電容器單元匹配標稱值為29.77μF，實測電容值為29.73μF，標準偏差為-0.13%，符合規程規定值。更換后對C相放電電壓互感器的二次電壓差進行理論驗證計算：

C1實測=44.12μF C2實測'=43.97μF

C3實測=58.93μF C4實測=58.96μF

UC=25242.82V

則放電電壓互感器二次側電壓為：

（4）

其中 K=110 （5）

帶入數據得：

ΔU12'=0.3908 V

ΔU34'=0.0584 V

由于ΔU34'<ΔU12'<ΔU，理論計算電容器組合閘供電后保護不動作，可以正常投運，將C相22號電容器單元更換后進行供電，供電后未見異?，F象，到目前為止運行正常。

4 小結

本次并聯電容器故障中測得電容器單元電容量標準偏差符合《輸變電設備狀態檢修試驗規程》規定值（單臺電容器電容量與額定標定值的標準偏差應在-5%～+10%）。但是不符合在《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中規定：單臺電容器的實測電容值與額定值之差不超過額定值的-3%～+5%。應該以《DLT 840-2003 高壓并聯電容器使用技術條件》中的電容量標準偏差合格要求依據，判定22號電容單元超出合格范圍，應立即處理。

5 結束語

對于電容單元由于制造工藝及質量問題導致的內部故障只能進行更換處理，那么對于其他電容器應如何防范發生此類問題，建議采取以下幾點措施，進一步提高電容器健康、穩定運行水平。

（1）應選擇性能優良，質量安全可靠的高原型電容器，建造時嚴格把關制造工藝工序，驗收時應落實各項驗收大綱規定的細則要求。

（2）電容器組在日常巡視中若發現電容外殼膨脹變形、套管滲漏油、內部有異常放電聲等不良工況時應立即停電進行詳細檢查，待檢查無異常，故障處理完畢并且試驗合格后方可投入運行。

（3）定期檢測計算每個電容單元電容量的標準偏差，對于試驗值接近標準偏差范圍值時應加強跟蹤監測，對于試驗值超過準偏差范圍值時立即應進行處理，以免擴大故障范圍。

（4）在電容器故障診斷時當本單位執行的規程要求與電容器技術文件或出廠要求規定值不一致時，應按嚴格要求執行，合理正確診斷設備故障點，避免誤判造成事故。

參考文獻

[1]DLT 840-2003.高壓并聯電容器使用技術條件[S].

[2]Q/GDW168-2008.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[3]吳萬軍.并聯電容器組故障分析及保護配置[J].電力學報，2001（16）：2.

作者簡介：冶海平（1984-），男，助理工程師，從事高壓試驗工作。endprint