一起耦合電容器故障的處理

梁流銘, 馬麗軍, 賴靖胤, 趙魯臻, 陳 烽

國家電網浙江省電力公司 寧波供電公司 浙江寧波 315000

1 故障情況

2016年9月15日，檢修人員在對某220kV變電所紅外巡檢時，發現耦合電容器C相上節(LI01)整體發熱，溫度明顯高于下節(LI02)，如圖1所示。為了準確診斷，檢修人員利用顯著差異分析法，將耦合電容器上下節紅外數據繪制成溫度曲線圖，如圖2所示[1]。從圖2中可以看出，耦合電容器C相上節與下節溫差達到4℃，最高溫差為4.6℃。

圖1 耦合電容器紅外譜圖

圖2 耦合電容器溫度曲線

2 故障分析

2.1 耦合電容器介紹

耦合電容器是電力網絡中用于傳遞信號的電容器，主要用于工頻高壓及超高壓交流輸電線路中，以實現載波、通信、測量、控制、保護及抽取電能等目的。耦合電容器與高壓輸電線路及收發信機的連接原理如圖3所示[2-4]。

電容器容抗XC的計算公式為：

(1)

式中：f為電流頻率；C為電容器容量；ω為相角。

耦合電容器容抗大小取決于電流頻率和電容器容量。耦合電容器的電容量一般很小，而高頻載波信號通常使用的頻率范圍為30kHz～500kHz，因此對于50Hz的工頻而言，耦合電容器呈現的阻抗是高頻信號呈現阻抗值的600～1000 倍，基本上相當于電路開路，而對于高頻信號而言，則相當于電路短路。因此，耦合電容器只有高頻電流可以順利通過[5-9]。

圖3 耦合電容器連接原理圖

2.2 帶電檢測

從圖2可以看出，溫差較小時只有2.1℃，未達到嚴重的情況。因此檢修人員沒有申請停電處理，而是對此設備做全面檢測，防止因盲目停電而影響電網安全運行和供電可靠率。檢修人員對濾波器、高頻電纜、收發信號機及高頻通道進行了全面檢查，均無異常，再測量流過耦合電容器的電流，通過計算電容器的電容量來判斷耦合電容器電容是否正常。

電流和電容量計算式分別為：

(2)

(3)

式中：U為系統相電壓。

由式(3)可知，只要測量流過耦合電容器的電流，知道運行系統的相電壓，就可以計算出耦合電容器的實測電容量。再計算實測電容值與額定值Ce的相對誤差，若誤差在規定范圍內，就可以排除由于電容異常而引起溫度過高；若誤差超出規定范圍，就應盡快安排停電檢測[4]，防止事故隱患進一步惡化，導致電網事故。

帶電檢測時，工作人員要向調度申請短暫停用高頻保護裝置，并合上濾波器的接地開關。批準后檢修人員用鉗形電流表測量耦合電容器接地線上的工作電流I=216mA，從變電所監控系統顯示器可以看出，當時系統線電壓為228kV，因此其相電壓約為132kV，由此可以計算出電容量：

電容相對偏差Δ為：

按照DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》要求，當偏差超過-5%～10%范圍時，應停電進行試驗[10]。實際相對誤差為6.73%，未超過注意值范圍，但耦合電容器的電容值較初始值有較大增長，其當前試驗值接近注意值的趨勢明顯，建議加強跟蹤監測，在條件允許的情況下，可以停電做進一步檢測和診斷。

2.3 停電試驗

工作人員將帶電檢測情況匯報調度。2016年9月19日停電檢修時，試驗人員對耦合電容器做了例行試驗，試驗項目有絕緣電阻值、介質損耗正切值tanδ和電容值。絕緣電阻值都在合格范圍內，介質損耗正切值和電容值的試驗數據及歷年試驗數據(非22℃值均換算至22℃值)見表1。從表1中可以看出：2005年6月投產至2009年6月，介質損耗正切值和電容值數據有微弱變化，但都在合格的范圍內；2016年9月19日測量上節耦合電容器電容比上次測量值增大了5.99%，介質損耗正切值則由2016年6月18日的0.19%增大到2016年9月19日的0.63%，增幅達到232%，遠遠超過規定值，需要進一步解體檢查、分析及處理。

2.4 解體檢查及處理

檢修人員對上節耦合電容器解體后，發現第4片電容和第5片電容的連接片已經脫焊，并有明顯的放電痕跡，且上節耦合電容器瓷套和法蘭膠裝部位的防水密封膠出現裂痕。

造成這一故障的主要原因是沿海地區鹽霧污染，加上長期運行缺乏有效維護，導致耦合電容器瓷套和法蘭膠裝部位的防水密封膠出現腐蝕老化，造成電容器內部進水受潮，從而導致介質損耗大幅增大，電容由于受潮，泄漏電流增大，導致放電現象。造成這一故障的其它原因有：① 電容器出廠時，瓷套和法蘭的膠裝部位沒有清洗干凈，直接涂防水密封膠，經長期運行后開裂進水受潮；② 耦合電容器在出廠時焊接部位未妥善處理，加之長時間運行老化，在焊接部位出現放電現象；③ 在出廠時可能存在由于材料、設計、工藝等共性因素導致的設備缺陷，即生產工藝缺陷。

表1 介質損耗及電容量測試數據

3 處理方案

清除放電痕跡，再清潔內部各部件，最后在焊接脫落處重新進行磷低溫銅焊處理。內部干燥后再裝復，瓷套和法蘭膠裝部位重涂防水密封膠。

對大修后的耦合電容器進行絕緣電阻值、介質損耗正切值、泄漏電流和交流耐壓試驗，所有試驗數據均合格，然后投運。投運后跟蹤監測耦合電容器0.5年，未發現任何異常現象，設備正常運行。

4 檢修流程建議

(1) 紅外檢測技術作為電氣設備狀態檢修和故障診斷的一種手段是非常有效的。當紅外檢測數據異常時，應結合其它帶電檢測數據進行全面分析，必要時可以申請停電處理，利用停電試驗和診斷性試驗數據進行綜合分析和判斷。

(2) 對于耦合電容器帶電檢測試驗，除了常規的紅外檢測外，建議還可以測量末端容性電流，必要時可以考慮做容性設備的局部放電測試，進行綜合分析和判斷。

(3) 對處于嚴寒地區、重污穢E級或沿海D級地區、運行10年以上的耦合電容器，應結合例行試驗對瓷套法蘭膠裝部位防水層完好情況進行檢查，必要時應重涂防水密封膠。

(4) 建議有條件的單位定期開展各種帶電檢測，評估設備狀態，及早發現事故隱患，避免隱患惡化導致電力事故。

5 結束語

介紹了一起運行中耦合電容器故障分析診斷處理過程，分別通過紅外檢測、帶電檢測、停電試驗和解體檢查等方法，逐步排查了該耦合電容器的內部故障，確認了故障原因。建議有條件的單位定期開展各種帶電檢測，及早發現事故隱患，避免電力事故的發生。

[1] 湯蘊哲.紅外測溫診斷技術的應用[J].上海電力,2008(1)：96-99.

[2] 嚴璋.電氣絕緣在線檢測技術[M].北京：中國電力出版社,1995.

[3] 華中工學院.電力系統繼電保護原理與運行分析[M].北京：水利電力出版社,1981.

[4] 周南星.電工基礎[M].3版.北京：中國電力出版社，2016.

[5] 徐大可，趙建寧，張愛祥，等.電子式互感器在數字化變電站中的應用[J]．高電壓技術,2007,33(1)：14-16.

[6] 楊曉艷.電子式互感器在氣體絕緣開關設備中的應用[J].上海電氣技術，2016，9(3)：73-75，79.

[7] 楊曉艷.母線開關柜的安全隱患問題與改進[J].上海電氣技術，2016，9(2)：27-30.

[8] 程云國，劉會金，李云霞，等.光學電壓互感器的基本原理與研究現狀[J]．電力自動化設備,2014,24(5)：87- 91.

[9] 吳伯華，李紅斌，劉延冰.電子式互感器的使用現狀及應用前景[J]．電力設備,2007,8(1)：103-104.

[10] 電力設備預防性試驗規程：DL/T 596—1996[S].