一起35 kV電力電容器爆炸的事故分析

王 威，徐 楠，程勝建，李 寧，錢 經，周錄波

(1.國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063；2.國網西藏有限電力公司檢修公司，拉薩 850000)

一起35kV電力電容器爆炸的事故分析

王 威1，徐 楠1，程勝建2，李 寧1，錢 經1，周錄波1

(1.國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063；2.國網西藏有限電力公司檢修公司，拉薩 850000)

電力電容器在變電站中主要起到無功補償、調節電網電壓等作用，其運行狀態影響著整個電網的安全。以上海電網最近一起35 kV電力電容器在投運過程中發生爆炸的事故為例，分析了該事故發生的原因，并利用MATLAB軟件模擬了事故發生的經過，模擬結果證實了事故發生的原因。通過對此次事故原因的總結，為日后電力電容器設備的安裝、檢修和維護提供參考。

電力電容器；爆炸；接地；事故分析

近年來，隨著電網規模的擴大，電力電容器投運越來越多，由于技術或其他原因，電力電容器事故偶有發生，嚴重時甚至會發生爆炸等事故，嚴重影響了電網的安全運行[1-4]。本文以上海電網最近發生的一起電力電容器在投運過程中發生的爆炸事故為例，分析該事故發生的原因，可為日后電力電容器設備的檢修維護提供參考。

1 事故經過

上海三林站為500、220 kV電壓等級受控開關站，其集控站為楊高中心站。原來未配主變壓器，兩個電壓等級間沒有電氣聯系。在本期主變壓器擴建工程中新增1號、3號兩臺500 kV，主變壓器低壓側均為35 kV電壓等級回路，本期建設了2組60 Mvar容量的35 kV并聯電容器和4組60 Mvar容量的35 kV并聯電抗器組。35 kV采用單母線單元接線，設總斷路器。

2016年6月15日，上海500 kV三林站主變壓器擴建工程進行1號主變壓器啟動。1號主變壓器啟動試驗分4個階段。

(1) 三林變1號主變壓器220 kV開關投切空載1號主變，相關核相和保護校驗；

(2) 三林變5012開關投切空載1號主變壓器，相關核相和保護校驗；

(3) 三林變5011開關投切1號空載主變壓器，相關保護校驗，1號主變壓器1號、2號低抗，3號電容器投切試驗；

(4) 1號主變壓器合環，保護復校。

事故發生在啟動試驗的第三階段，當運行人員遙控合上1號主變壓器3號電容器313開關，3號電容器本體突然發生爆炸，電容器本體發生起火事故。

2 事故后果

經現場檢查，在電容器組的左側上下兩個橋臂的電容器中，其上橋臂上部的兩個并聯電容器燒毀最嚴重，電容器小瓷套與部分外殼炸裂，表明是該部分電容器先擊穿起火。

電氣試驗人員對剩余未爆炸的電容器逐個進行電容器測量等試驗，試驗數據表明剩余未爆炸電容器未受到損傷，符合再次投運條件。

3 事故原因分析

發生事故的1號主變壓器35 kV 3號電容器組為上海思源電力電容器有限公司產品，電容器產品型號為BAM11/2-500-1W，額定電壓11/2 kV。每相電容器組由4個橋臂共40只電容器組成，每個橋臂由10只電容器組成2串╳(2并+3并)臂，如圖1所示。圖1中，虛線框表示電容器支架。

圖1 電容器組單相接線原理圖

在實際設計中，虛線框代表的電容器支架不僅起到支撐電容器和支撐放電電壓互感器的作用，而且還起到與電容器等電位點等電位連接的作用，如圖2所示。放置在電容器支架上的放電電壓互感器外殼也需要與電容器支架等電位連接，如圖3所示。

圖2 放電電壓互感器與電容器支架等電位

圖3 放電電壓互感器外殼與電容器支架等電位

但在事故發生后對現場電容器組進行檢查發現，每相電容器組的放電電壓互感器外殼不僅與電容器支架等電位連接，還經過黃綠接地線直接與變電站接地網連接(見圖4)。

圖4 放電壓變外殼直接接地

該接線方式下，電容器等電位點、電容器支架、放電電壓互感器外殼和接地網直接連在一起，形成 “電容器等電位點—電容器支架-放電壓變外殼—接地網”的通路，如圖5所示。

圖5 事故時的單相電容器原理圖

因此，發生事故時單相電容器組的4個橋臂中的上部2個并聯電容器的低壓端直接接地。當合上電容器開關時，本當施加在整組電容器組上的相電壓卻被電容器組左右上橋臂中的上部兩個并聯電容器直接承受，此時該電容器承受接近4倍的額定電壓。

4 事故建模仿真

利用MATLAB軟件建立1號主變壓器3號電容器組發生事故時的仿真模型如圖6和圖7所示。電容器產品型號為BAM11/2-500-1W，額定電壓為11/2 kV，電抗器型號為CKK-1000/35-5，電抗為5Ω。

圖6 三林站1號主變3號電容器組模型

圖7 橋臂模型

仿真結果如圖8所示，正常運行情況下，每個橋臂中的上部雙并聯電容器和三并聯電容器的運行壓降均為5.5 kV左右。故障時雙并聯電容器的運行壓降達到22 kV左右，是正常運行情況下的4倍，而三并聯電容器的壓降升高至9.5 kV左右，是正常情況下的1.7倍。因此，雙并聯電容器因過電壓發生爆炸而三并聯電容器未發生爆炸。

圖8 仿真結果

5 事故總結

(1)此次電容器爆炸事故發生的原因為，并聯在電容器組橋臂兩端的放電電壓互感器外殼經連接線直接接地，造成電容器組左右上橋臂中的上部兩個并聯電容器在投切時直接承受相電壓，其電壓值接近該電容器額定電壓的4倍，引起過電壓擊穿起火事故。

(2)在實際設計中，電容器支架不僅起到支撐電容器組的作用，通常還起到等電位的作用。電容器組根據橋臂接線方式，每串橋臂上通常具有21.0、15.5、10.5、5.5 kV幾個不同的對地電位點。對于支架而言，若支架設計成直接接地的形式，則其與電容器組4個電位點間壓差分別為21.0、15.5、10.5和5.5 kV。顯然如此設計將增大支架與20.2 kV和15.5 kV電位點間的絕緣距離要求。當支架與10.5 kV等電位連接時，與4個等電位點間的絕緣要求分別為10.5、5.5、0、5.5 kV，最大絕緣距離要求降低為10.5 kV。因此，實際生產時只需絕緣瓷瓶滿足10.5 kV的絕緣要求即可，從而大大降低了支架支持瓷瓶和電容器瓷瓶的絕緣要求。

(3)三林站1號主變壓器3號電容器事故屬于技術管理層面原因，屬于可控因素。電容器安裝施工人員未真正弄清該組電容器的接線原理，未考慮現場實際布置方式而僅僅簡單參照設備表面的標記進行接線，是導致本次事故的根本原因。因此，對于此類可控因素，應加強電氣設備安裝人員的技術培訓，提升理論知識水平，將理論知識水平與現場技術相結合，從根本上杜絕事故隱患。

6 結語

電力電容器是電力系統中的重要電氣設備之一，從上海電網最近一起電力電容器在投運過程中發生的爆炸事故為例，分析了事故發生的原因，并利用MATLAB軟件模擬了事故發生的經過，模擬結果證實了事故發生的原因。通過對事故原因的總結，為日后電力電容器設備的安裝、檢修和維護提供參考。

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AccidentAnalysisofa35kVPowerCapacitorExplosion

WANG wei1, XU Nan1, CHENG Shengjian2, LI Ning1, QIAN Jing1, ZHOU Lubo1

(1. Inspection & Maintenance Company, SMEPC, Shanghai 200063, China;2. Inspection & Maintenance Company, State Grid Tibet Electric Power Co., Ltd., Lhasa 850000, China)

Power capacitor plays an important role in substation reactive power compensation and power grid voltage adjustment, and its running state affects the safety of power grid. Based on the case study of a recent 35 kV power capacitor explosion during operation in Shanghai power grid, this paper analyzes the causes of the accident, and simulates the accident process by using MATLAB software. The simulation results verify the cause of the accident. The summary of the causes of the accident provides reference for the installation, maintenance and repair of power capacitor equipment in the future.

power capacitor; explosion; grounding; accident analysis

10.11973/dlyny201705036

王 威(1987—)，男，碩士，工程師，主要從事變電檢修與試驗工作。

TM53

A

2095-1256(2017)05-0641-04

2017-08-13

(本文編輯：趙艷粉)