10 kV并聯電容器組的運行故障及應對探討

楊長河

摘 要：對10 kV并聯電容器組的運行故障進行了分析，并結合具體實例，對10 kV并聯電容器組的故障原因和應對措施進行了深入探討，以期能為有關方面提供有益的參考。

關鍵詞：并聯電容器組；無功系統；三次諧波；繼電保護

中圖分類號：TM53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0075-02

電力電容器在實際運行過程中出現的故障會影響電網無功系統的正常、安全、可靠運行，因此，我們需要對這些故障及其原因進行認真分析，并及時采取相應措施。

1 變電站10 kV電容器的運行現狀

近年來，佛山地區變電站運行的10 kV并聯電容器組的故障率有所上升。2013年，在變電二部管轄的62座110 kV及以上變電站的43組10 kV并聯電容器里，發生了72起電容器組故障。并聯電容器組的損壞會對部分變電站的正常運行造成影響。

2 10 kV并聯電容器故障及其原因

并聯電容器的損壞一般由兩方面造成，分別是電擊穿和熱擊穿。其直接表現主要有本體鼓肚變形、引起外熔絲或內熔絲熔斷及相關保護動作等。就該供電局10 kV并聯電容器的實際運行情況來看，造成電容器損壞、故障主要有以下幾種原因。

2.1 諧波造成的影響

隨著電子技術的飛速發展，各種非線性負荷的新型用電設備被越來越多地應用在了供電系統中，高次諧波對電網的影響越來越嚴重。

2.1.1 佛山電網的諧波現狀

針對2013年運行的電容器故障頻發情況，為了掌握目前管轄變電站10 kV母線的諧波電壓狀況，2013年年底，對61座變電站10 kV母線諧波電壓狀況進行了測試。測試結果顯示，在電壓畸變率超標的變電站中，三次諧波占總諧波的絕大部分，共有18個變電站三次諧波電壓含有率超標，占變電站總數的29%.特別是220 kV世龍站三次諧波電壓含有率達19.58%，暴露出嚴重的諧波污染問題。

2.1.2 三次諧波對并聯電容器組的影響

從理論上說，三次諧波是零序分量，通過變壓器變低側的三角形接線能將其封閉，使系統不受其影響。因此，在設計中，主要采用6%電容器組容抗量的串聯電抗器來抑制5次及以上的諧波分量。但在實際操作中，大量實測數據顯示，10 kV并聯電容器組中的三次諧波是威脅電容器組安全運行的主要諧波分量。

2.1.3 高次諧波對并聯電容器組的影響

電容器的發熱主要來自絕緣的介質損耗，P=U2ωCtgδ為其正弦波電壓下的公式表達。當電容器中存在諧波分量時，其絕緣引起的損耗為：

由公式可知，諧波含量越大，次數越多，電容器的發熱就越嚴重，而介損大的電容器特別不耐受高次諧波的影響。在電容器的運行過程中，諧波會引起附加絕緣介質的損耗，加快絕緣老化，嚴重時，會直接導致電容器的熱擊穿。

2.2 保護造成的影響

該供電局所轄10 kV并聯電容器組的保護配置主要有兩種，分別是以繼電保護為主的保護和以電容器外熔絲或內熔絲為主的保護。

2.2.1 繼電保護方面

10 kV起的電容器故障占極少數，所以在此不作重點討論。

2.2.2 熔絲保護方面

根據2013年電容器故障的統計分析，由熔絲保護（特別是外熔絲保護）原因引起的10 kV并聯電容器故障及擴大故障占2013年電容器全年故障量的2/3以上。

現運行的大部分10 kV并聯電容器外熔絲在設計、廠家質量保證等方面存在著較明顯的缺陷，由此導致開斷性能較低，容易造成電容器熔斷器拒動、誤動，進而引起電容器組群爆炸。

這使得外熔絲作為電容器內部故障主保護的可靠性大打折扣，給電容器的安全運行帶來了很大的隱患。電容器外熔絲結構如圖l所示。

現在所用的熔斷器主要存在以下兩個問題：①銅鉸線與熔絲之間的壓接頭面積不能滿足運行電流的要求。②熔斷器內的消弧管存在質量問題。

正常情況下，當熔斷器動作后，尾線與樹脂管脫離，電弧使消弧管內分解出氣體，強力吹滅電弧，同時利用自身的彈力將電弧拉長，加大弧阻，使電弧迅速熄滅。但消弧管內的高溫在引起消弧管老化、龜裂或存在密封等質量問題后，熔斷器動作，電弧分解出的氣體不能在消弧管內產生足夠的氣壓，使熔斷器熔斷后不能及時將銅鉸線脫離樹脂管。

2.3 電容器質量不佳造成的影響

對近年來部分發生群爆的電容器組進行分析，對于故障后電容器全部嚴重燒損的，則要對其他相同的電容器組進行檢查、試驗，結果發現電容器的絕緣電阻普遍偏低、電容器容值與額定值比發生明顯變化等問題。同時，對箱殼鼓肚的電容器進行解體檢查，發現電容器內部分單元存在擊穿痕跡。

以上的檢查結果和統計分析表明，部分廠家生產的電容器絕緣水平較低，全膜電容器單元存在水分或氣泡，使極間電場分布不均勻，產生了局部放電等問題。

2.4 溫升方面的影響

溫升會嚴重影響電容器的使用壽命，甚至導致絕緣擊穿等事故，使電容器遭到損壞。

2.5 日常維護管理不足

由于缺乏維護，電容器的器身及構架絕緣件積塵較多，個別電容器還存在鼓肚現象，甚至發現有些電容器的容量與熔斷器容量的配置不相符等。以上存在的各種問題，說明了電容器日常維護的缺乏，造成電容器帶病運行，降低了運行效率。

3 應對措施

通過對一系列故障的分析，找出了諧波、保護、電容器質量、溫升控制、日常維護這五方面存在的問題，提出以下相關的反事故技術措施。

3.1 防止諧波對電容器的影響

針對所轄變電站的具體情況，在防止諧波方面制定了以下幾個措施：①消除新建變電站電容器組的設計隱患。由于以前新站設計時沒有對當地負荷的諧波情況進行調查，在無功補償設計上，習慣性地選用了6%電容器組容抗量的串聯電抗器，忽略了三次諧波的影響，造成投運后頻繁發生故障。因此，新安裝的電容器組在設計前，相關人員都要對當地的諧波情況進行監測，然后根據監測情況，在新安裝電容器的設計上采取相應措施。②處理用戶方面的諧波源。③對故障頻繁發生、三次諧波嚴重超標的電容器組進行改造。為達到抑制三次諧波的目的，對選用6%電容器組容抗量的串聯電抗器進行設計的電容器，改造后要按12%的要求進行設計，并將原額定電壓為10/ kV的電容器更換為額定電壓為12/ kV的電容器。但由于采取這種方法的投資較大，并降低了電容器組的有效容量，因此，該方案仍在技術和設計部門的討論中。

3.2 電容器保護方面的措施

在2013年10 kV并聯電容器故障中，由繼電保護引起、擴大的電容器故障基本上是不存在的，而由電容器外熔絲保護原因引起的電容器故障及擴大故障占很大比例。因此，針對電容器外熔絲保護制定了以下兩個措施：①目前，10 kV并聯電容器外熔絲生產廠家較多，產品的質量參差不齊，無法保證系統的安全、可靠運行。因此，要對現今運行存在問題較多的電容器外熔絲進行全面更換。另外，加強新增電容器的驗收工作，保證在設計時熔斷器選型滿足實際要求。安裝時的安裝位、角度要滿足運行要求，確保電容器外熔絲的質量。②對新增的電容器組，在設計審圖時，要盡可能使用不帶外熔絲的電容器組。

3.3 從電容器質量上提高可靠性

根據對2013年電容器故障的分析情況，對存在質量問題的并聯電容器進行全面更換。到目前為止，已更換了大量絕緣電阻偏低的電容器組。通過此舉，使電容器的故障率得到明顯下降，為10 kV無功補償系統的穩定、可靠運行提供了保證。

3.4 控制電容器運行的溫度

3.4.1 控制電容器工作溫度

電容器工作時，其內部介質的溫度應低于65 ℃，最高不得超過70 ℃，以免引起熱擊穿或鼓肚現象。為了監視電容器的工作溫度，在電容器外殼使用熔點為50～60 ℃的溫度蠟，并使用紅外線測溫，以及時發現運行中電容器過熱現象，進而消除隱患。

3.4.2 控制電容器室的環境溫度

電容器長期在高溫環境下運行，會對其絕緣性能產生不良影響，加速電容器的絕緣老化。因此，在電容器設計安裝時，單臺電容器之間必須保持10 mm以上的間隙，且電容器室必須有合理的通風裝置。特別是無人值班站，需加裝溫控自動驅動通風裝置，當溫度達到設定值時，自動啟動電容器室的通風裝置，給電容器的安全運行創造一個良好的環境。

3.5 加強電容器組的日常維護

加強電容器組的日常維護，保證電容器組的健康、安全運行。通過日常維護，及時發現電容器的運行缺陷，達到降低電容器故障率的目的。

4 結束語

綜上所述，10 kV并聯電容器作為目前優先采用的無功功率補償裝置，對供電企業的正常運行是十分重要的。但在10 kV并聯電氣容器組的實際運行過程中，會出現一些故障，影響了電氣容器組的安全、穩定運行，因此，需要相關工作人員及時分析故障產生的原因，并采取措施進行應對，以保障電氣容器組的安全、穩定、可靠運行。

參考文獻

[1]廖繼庭.10 kV并聯電容器組的故障分析及應對措施[J].電器工業，2010（09）.

[2]馮劍波，吳薇.10 kV電力電容器故障預警系統設計[J].現代建筑電氣，2011（06）.

〔編輯：王霞〕

3.2 電容器保護方面的措施

在2013年10 kV并聯電容器故障中，由繼電保護引起、擴大的電容器故障基本上是不存在的，而由電容器外熔絲保護原因引起的電容器故障及擴大故障占很大比例。因此，針對電容器外熔絲保護制定了以下兩個措施：①目前，10 kV并聯電容器外熔絲生產廠家較多，產品的質量參差不齊，無法保證系統的安全、可靠運行。因此，要對現今運行存在問題較多的電容器外熔絲進行全面更換。另外，加強新增電容器的驗收工作，保證在設計時熔斷器選型滿足實際要求。安裝時的安裝位、角度要滿足運行要求，確保電容器外熔絲的質量。②對新增的電容器組，在設計審圖時，要盡可能使用不帶外熔絲的電容器組。

3.3 從電容器質量上提高可靠性

根據對2013年電容器故障的分析情況，對存在質量問題的并聯電容器進行全面更換。到目前為止，已更換了大量絕緣電阻偏低的電容器組。通過此舉，使電容器的故障率得到明顯下降，為10 kV無功補償系統的穩定、可靠運行提供了保證。

3.4 控制電容器運行的溫度

3.4.1 控制電容器工作溫度

電容器工作時，其內部介質的溫度應低于65 ℃，最高不得超過70 ℃，以免引起熱擊穿或鼓肚現象。為了監視電容器的工作溫度，在電容器外殼使用熔點為50～60 ℃的溫度蠟，并使用紅外線測溫，以及時發現運行中電容器過熱現象，進而消除隱患。

3.4.2 控制電容器室的環境溫度

電容器長期在高溫環境下運行，會對其絕緣性能產生不良影響，加速電容器的絕緣老化。因此，在電容器設計安裝時，單臺電容器之間必須保持10 mm以上的間隙，且電容器室必須有合理的通風裝置。特別是無人值班站，需加裝溫控自動驅動通風裝置，當溫度達到設定值時，自動啟動電容器室的通風裝置，給電容器的安全運行創造一個良好的環境。

3.5 加強電容器組的日常維護

加強電容器組的日常維護，保證電容器組的健康、安全運行。通過日常維護，及時發現電容器的運行缺陷，達到降低電容器故障率的目的。

4 結束語

綜上所述，10 kV并聯電容器作為目前優先采用的無功功率補償裝置，對供電企業的正常運行是十分重要的。但在10 kV并聯電氣容器組的實際運行過程中，會出現一些故障，影響了電氣容器組的安全、穩定運行，因此，需要相關工作人員及時分析故障產生的原因，并采取措施進行應對，以保障電氣容器組的安全、穩定、可靠運行。

參考文獻

[1]廖繼庭.10 kV并聯電容器組的故障分析及應對措施[J].電器工業，2010（09）.

[2]馮劍波，吳薇.10 kV電力電容器故障預警系統設計[J].現代建筑電氣，2011（06）.

〔編輯：王霞〕

3.2 電容器保護方面的措施

在2013年10 kV并聯電容器故障中，由繼電保護引起、擴大的電容器故障基本上是不存在的，而由電容器外熔絲保護原因引起的電容器故障及擴大故障占很大比例。因此，針對電容器外熔絲保護制定了以下兩個措施：①目前，10 kV并聯電容器外熔絲生產廠家較多，產品的質量參差不齊，無法保證系統的安全、可靠運行。因此，要對現今運行存在問題較多的電容器外熔絲進行全面更換。另外，加強新增電容器的驗收工作，保證在設計時熔斷器選型滿足實際要求。安裝時的安裝位、角度要滿足運行要求，確保電容器外熔絲的質量。②對新增的電容器組，在設計審圖時，要盡可能使用不帶外熔絲的電容器組。

3.3 從電容器質量上提高可靠性

根據對2013年電容器故障的分析情況，對存在質量問題的并聯電容器進行全面更換。到目前為止，已更換了大量絕緣電阻偏低的電容器組。通過此舉，使電容器的故障率得到明顯下降，為10 kV無功補償系統的穩定、可靠運行提供了保證。

3.4 控制電容器運行的溫度

3.4.1 控制電容器工作溫度

電容器工作時，其內部介質的溫度應低于65 ℃，最高不得超過70 ℃，以免引起熱擊穿或鼓肚現象。為了監視電容器的工作溫度，在電容器外殼使用熔點為50～60 ℃的溫度蠟，并使用紅外線測溫，以及時發現運行中電容器過熱現象，進而消除隱患。

3.4.2 控制電容器室的環境溫度

電容器長期在高溫環境下運行，會對其絕緣性能產生不良影響，加速電容器的絕緣老化。因此，在電容器設計安裝時，單臺電容器之間必須保持10 mm以上的間隙，且電容器室必須有合理的通風裝置。特別是無人值班站，需加裝溫控自動驅動通風裝置，當溫度達到設定值時，自動啟動電容器室的通風裝置，給電容器的安全運行創造一個良好的環境。

3.5 加強電容器組的日常維護

加強電容器組的日常維護，保證電容器組的健康、安全運行。通過日常維護，及時發現電容器的運行缺陷，達到降低電容器故障率的目的。

4 結束語

綜上所述，10 kV并聯電容器作為目前優先采用的無功功率補償裝置，對供電企業的正常運行是十分重要的。但在10 kV并聯電氣容器組的實際運行過程中，會出現一些故障，影響了電氣容器組的安全、穩定運行，因此，需要相關工作人員及時分析故障產生的原因，并采取措施進行應對，以保障電氣容器組的安全、穩定、可靠運行。

參考文獻

[1]廖繼庭.10 kV并聯電容器組的故障分析及應對措施[J].電器工業，2010（09）.

[2]馮劍波，吳薇.10 kV電力電容器故障預警系統設計[J].現代建筑電氣，2011（06）.

〔編輯：王霞〕