泵站低壓無功補償電容柜的故障原因分析及運行維護

黃觀清

（廬江縣楊柳電力排灌站，安徽 廬江 231500）

目前而言，為了提高泵站的功率因數，有若干補償方法，并聯式電容器組以其初始成本低、投切轉換靈活方便等一系列優點，在各大泵站中應用廣泛。但是并聯式電容器也存在一些不可忽略的缺點，例如電壓特性不好，不耐用等現象。而且其工作環境惡劣，承受著電場、磁場、溫度場等多物理場的耦合作用，經常會出現故障。因此，本文著重闡述其主要故障原因及解決措施，并對其運行維護提出相關建議。

1 概述

1.1 低壓無功自動補償方式及典型結構

低壓無功補償的目的是實現無功的就地平衡，考慮到經濟性和可操作性，采用并聯電容柜自動投切對電路進行無功補償方式較為常見。無功自動補償方式按性質分為三相電容自動補償和分相電容自動補償方式兩種，由于在排澇泵站中運行的是三相異步電動機，三相回路中無功電流相同，采用三相電壓同時投切的方式保證三相電壓質量。低壓無功補償并聯電容器裝置一般采用△接線方式，如圖1所示。

圖1 低壓并聯電容器裝置接線圖

1.2 低壓無功功率自動補償的工作原理

低壓無功功率自動補償控制器通過采樣三相電源中一相電流（如A相）與另外兩相的電壓（如BC相）之間的相位差，通過一定的運算，得到當前實時功率因數。此功率因數與設定的投入門限和切除門限比較，然后輸出控制信號，控制交流接觸器實現對電容器的投入和切除。

2 泵站低壓無功自動補償電容柜的常見故障

泵站低壓無功補償電容柜長期工作在高電場環境中，發生故障的頻率很高。如果在制造質量、設備選用和運行使用等任何一個環節出現問題，都會導致電容柜故障增多，不能正常進行工作。其中并聯電容器和投切保護設備是故障高發設備，下面將針對這兩者的故障及原因進行闡述。

2.1 并聯電容器常見故障

電容器在運行中的損壞較為突出，而現在使用的自愈式電容器自愈性能好、能承受浪涌電流沖擊，不需外部放電裝置，一般情況下擊穿后會實現自動愈合，只有在反復被擊穿的情況下才會發生電容器的徹底損壞。

（1）并聯電容器的滲油故障。主要是電容器接逢處焊接不良、擰螺母用力過大過緊使瓷套管損傷、焊接處缺乏保養導致外皮生銹腐蝕、接頭過松或過緊，造成局部電阻增大、發熱，引起接線頭焊錫熔化等造成。不嚴重時可在滲油處除銹、補焊或涂環氧樹脂，然后涂漆，若處理后還滲油應及時更換電容器。

（2）并聯電容器的外殼鼓脹。由于內部元件發生極間放電或極對殼放電使電容器內部介質分解而產生氣體使密封外殼的內部壓力增大，導致外殼膨脹變形。此時應及時退出運行，更換為備用電容器，以防發生事故。

（3）并聯電容器溫度過高。并聯電容器溫度過高的主要原因是散熱不好、過電流。環境溫度過高、電容器柜安裝不合理，導致其散熱不好、電容器長時間過電壓運行造成電容器過電流以及電容器內部元件故障、介質老化損耗等都會導致電容器溫度過高，嚴重影響其使用壽命，甚至可能絕緣擊穿損壞電容器。必須采用通風降溫的措施，若電容器過流可串接電抗器，同時采用電容器介質損耗測量儀檢測損耗情況，若老化應更換電容器。

（4）并聯電容器的放電現象。運行過程中，瓷絕緣上出現裂紋，或者表面污穢嚴重，將會產生電容器瓷瓶閃絡放電瓷套管閃絡破損。應定期清理檢查，對破損進行修復，修復不了的進行更換。

（5）并聯電容器的爆炸事故。嚴重違反電容器運行規定，帶電荷合閘、或者電容器內部元件發生極間或者對外殼絕緣擊穿時，瞬間釋放出巨大能量，都能導致爆炸。

2.2 投切保護設備常見故障

（1）電容器專用接觸器損壞。無功補償裝置在投切過程中，電容器專用接觸器的損壞非常突出，主要由幾方面造成：①補償控制器質量達不到使用要求或設置投切時間太短、投切頻繁，二次吸合造成的疊加電壓導致沖擊電流過大損壞接觸器，因此要選用質量合格的補償控制器，合理設置控制器的投切時間和投切的頻率，以防止形成疊加電壓。②電路中諧波的含量較高時，電壓和電流波形出現相應的畸形進而影響到整個基波電流的增大，損壞接觸器。因此接觸器選擇電流必須大于電容器的電流。為防止燒壞接觸器，發現諧波干擾，及時采用加裝相對應的抗諧波元件進行處理。③接觸器的自身質量不合格。最好選用具有抗涌流、抗諧波或承受諧波抗擊的專用電容器接觸器。接觸器的線圈電壓最好選用220V電壓。

（2）無功補償控制器故障。①功率因素顯示的數值正常，但極性為負數。如果是新裝的補償柜表明電壓電流信號接線正確，電流信號極性接反，調換一下即可。如果原來正常運行，出現這種情況，可能是儀表損壞或過補償。②控制器的投入指示燈亮，但專用電容接觸器不吸合。③電容器投入后，功率因數變化不大或不正常。通常是因為取樣電流和取樣電壓的相位不正確、取樣電流沒有送入補償器、投切電容器產生的電流沒有經過取樣互感器等原因造成補償控制器不能獲得正確的取樣電流。

為了獲取正確的取樣電流，必須遵循以下原則：

（1）單相取樣如A相取樣，B、C相為控制器電源，取樣相絕對不能為控制器電源相。

（2）取樣電流中對取樣線的連接要求是只能串聯，需要利用電流互感器進行取樣，保證取樣過程的規范性。

（3）分補采用的補償控制器必須取樣三相電流，而共補只需取樣其中一相電流。絕大多數三相平衡的系統均采用共補，當少數用電線路負載分布不均衡時，三相電流經常變化，如果互感器取樣電流只取一相，那么取樣電流不準確，就無法實現精確的補償效果。因此采用三相取樣電流的無功功率補償控制器，分補與共補相結合的。當自動補償電容柜三相均滿足投入條件時，優先投入共補電容，后根據每相投入條件，投分相電容。

（3）電容器外熔斷器熔斷。①主要是熔斷器熔芯選擇偏小、開關涌流對熔斷器的沖擊、不同電抗率的電容器組不正確的投切順序引起的。在投切過程中當涌流較大時一般選用過載能力強的電動機專用am型或相同類型的熔芯，而不選擇過載能力低的JL型或與之同類型的熔芯。同時要設置合理的投切延時時間一般不少于30s。②熔斷器熔斷與相數電流不平衡有關。三相電流的不平衡性與熔斷器的熔斷也有關系，發現這種情況后，要及時進行檢修，分析發生三相電流不平衡的主要原因，進而選擇合適的熔芯進行替換。不是三相電流不平衡更換熔芯的，最好三相熔芯同時更換掉。

3 運行維護事項

3.1 運行注意事項

（1）電容器組優先原則。泵站正常停電操作時，應先斷開電容器組，然后再斷開其他開關。反之，當泵站重新啟動供電時，應在系統全部供電且運行正常后才能給電容柜合閘送電。當遇事故停電導致全站無電時，必須拉開電容器組開關，以免突然來電電壓過高超過電容器允許值。

（2）合理操作原則。正常運行時，由電容器柜上自動投切裝置按照運行狀況自動循環投切電容器組，投切延時不少于30s，最好為60s以上，讓電容器有足夠的放電時間。禁止電容器組帶電荷合閘，避免操作過電壓損壞電容器。電容器組必須在斷電3min后才能再次合閘送電。

（3）跳閘時謹慎試送。當電容器的開關發生跳閘以后，在未查明原因前不準強行送電。正確的做法應該是，首先對跳閘的原因進行分析，檢查電容器、電流互感器等設備工作狀況，看是否有異常。在查明原因，排除故障后，才可以進行合閘送電。

（4）防止檢測電容器時觸電。放電裝置可以釋放電容器的儲存電荷，仍可能還有剩余電荷，這時可采取有效的人工放電，將故障電容器的兩極進行短接進行反復放電，直到看不出放電火花和聽不到放電聲音為準，最后才能開始檢修工作。

3.2 維護注意事項

泵站低壓無功補償電容柜工作環境惡劣，需要定期進行日常巡檢維護，及時發現并解決故障。具體的日常巡檢維護要點：（1）電容器室內應通風良好，室溫最高不超過40℃；（2）對電容器的套管、瓷瓶、外殼、放電線圈、串聯電抗器等定期進行全面清潔工作。（3）電容器每季應對放電線圈、套管、接線端子、接地接零、外殼等項停用檢查測量一次。（4）每次巡檢保養完成后，應做好設備檢修保養記錄。

4 結語

低壓無功補償能有效提高功率因數，減少電能在供電設備和輸電線路上的損耗，具有良好的經濟效益和社會效益。但泵站低壓無功補償電容柜的工作環境較為惡劣，故障率較高，影響泵站供電。文章從并聯電容器和投切保護設備兩方面分析了故障產生原因及解決措施。針對電容柜的運行維護提出了幾點建議，為泵站低壓無功補償電容柜的安全運行和實際操作提供了保障。