高壓并聯(lián)電容器組故障后測(cè)試技術(shù)要點(diǎn)分析

摘要：對(duì)高壓并聯(lián)電容器組故障后檢查試驗(yàn)的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行歸納、總結(jié)，闡明了高壓并聯(lián)電容器組檢查試驗(yàn)方法的原理，并對(duì)電流/電壓表測(cè)試技術(shù)要點(diǎn)做了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：高壓并聯(lián)電容器組;故障;試驗(yàn);技術(shù)要點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM53 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-0797（2022）02-0029-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.008

0 ? ?引言

在電力系統(tǒng)中，高壓并聯(lián)電容器組起到了補(bǔ)償電網(wǎng)無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡，降低線損，提高電壓質(zhì)量的作用。為了穩(wěn)定因負(fù)荷變化引起的電壓波動(dòng)，需要頻繁投切并聯(lián)電容器組，再加上電容器自身出廠質(zhì)量、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)等造成的問(wèn)題，這些因素極易引起電容器爆炸，繼而造成嚴(yán)重的設(shè)備運(yùn)行惡性事故。因此，掌握高壓并聯(lián)電容器組故障后檢查試驗(yàn)技術(shù)和正確的事故處理方法，能有效提高試驗(yàn)管理的工作效率和質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)設(shè)備安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 ? ?電容器組故障后試驗(yàn)診斷項(xiàng)目

1.1 ? ?查找故障原因及確定被試臺(tái)數(shù)

以組架式電容器組為例，一般單個(gè)電容器單元對(duì)應(yīng)配設(shè)一個(gè)噴逐式外熔斷器，以此作為第一保護(hù)設(shè)備，若僅是某個(gè)電容器發(fā)生擊穿，與之并聯(lián)的其他電容器將產(chǎn)生擊穿點(diǎn)放電現(xiàn)象，受損的電容器的熔斷器及熔絲則可能最早出現(xiàn)熔斷，把有擊穿的部分迅速切斷，從而保護(hù)電容器組繼續(xù)運(yùn)行[1]。也就是說(shuō)，某個(gè)電容器出現(xiàn)了斷線或其他故障時(shí)，通常表現(xiàn)為出現(xiàn)故障的電容器依然能維持正常運(yùn)行，而不發(fā)生任何熔斷現(xiàn)象。倘若附近的常規(guī)電容器最早發(fā)生熔斷，則會(huì)出現(xiàn)一系列的連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致切除的電容器過(guò)多，乃至不平衡狀況超過(guò)附近相關(guān)電容器的限度，造成一組電容器甚至整個(gè)電容器組內(nèi)部的熔絲徹底發(fā)生熔斷，原因在于流經(jīng)附近完好電容器的電流逐漸上升，最終造成熔斷器發(fā)生熔斷問(wèn)題。例如，某220 kV變電站10 kV二號(hào)電容器組B相曾有一臺(tái)電容器電容值的測(cè)量誤差僅為14%，但也產(chǎn)生了一系列的連鎖反應(yīng)，最終造成整組電容器熔斷。由此可見(jiàn)，發(fā)生故障時(shí)，出現(xiàn)熔斷的整組電容器必須逐個(gè)進(jìn)行檢查試驗(yàn)排查，及早發(fā)現(xiàn)內(nèi)部是否存在受潮現(xiàn)象，電容器元件有無(wú)發(fā)生擊穿短路及絕緣劣化等缺陷，從而診斷出不合格的電容器，降低電容器組故障率，避免運(yùn)行存在安全隱患。

1.2 ? ?故障排查試驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

1.2.1 ? ?外觀檢查

應(yīng)觀察電容器的器身是否潔凈光滑，外觀有無(wú)油滲漏、裂縫損傷、放電痕跡以及過(guò)熱、變色等現(xiàn)象，且關(guān)注其局部是否發(fā)生過(guò)膨脹與變形等。這些原因均可能導(dǎo)致電容器的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、部件、電容量等出現(xiàn)變化，從而帶來(lái)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和安全隱患。若發(fā)現(xiàn)變色現(xiàn)象，則應(yīng)分析電容器是否存在溫度過(guò)高、故障等問(wèn)題，需要統(tǒng)一全部拆開(kāi)檢查，加大了工作量和檢查難度。

1.2.2 ? ?極對(duì)殼絕緣電阻測(cè)量

當(dāng)電容器中的相關(guān)元件、設(shè)備以及部件等出現(xiàn)受潮、變質(zhì)以及劣化甚至擊穿后，其絕緣電阻則可能下降，對(duì)比極對(duì)殼的絕緣電阻值變化可識(shí)別判斷上述缺陷。然而，實(shí)際檢查試驗(yàn)中如電容器還存在其他缺陷問(wèn)題，則絕緣測(cè)試僅能作為輔助判斷參考依據(jù)。測(cè)試時(shí)只對(duì)兩極外殼型電容器做絕緣電阻測(cè)試，針對(duì)單極電容器的情況，金屬外殼是作為另一個(gè)電極，故無(wú)須開(kāi)展絕緣電阻測(cè)量。

兩極對(duì)外殼絕緣電阻測(cè)試法如圖1所示。

1.2.3 ? ?電容量測(cè)試

組架式電容器組為同時(shí)滿足電壓和電容的需要，一般采用多個(gè)電容器元件串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。當(dāng)任何內(nèi)部元件出現(xiàn)故障，例如短路、擊穿故障時(shí)，串聯(lián)段數(shù)會(huì)減少，電容量則會(huì)增大[2]。當(dāng)元件等內(nèi)部出現(xiàn)進(jìn)水或受潮時(shí)，由于水的介電系數(shù)較大，電容量與介電系數(shù)之間成正比，則電容量上升可判斷原因?yàn)樵€燒毀、熔斷。相反，電容量減小，即代表并聯(lián)元件數(shù)量下降，分析為內(nèi)部元件有斷線、松脫，如電容器內(nèi)熔絲熔斷，導(dǎo)致電容減小，這種情況比較危險(xiǎn)，因?yàn)橛袃?nèi)熔絲熔斷之后，剩下的完好元件電壓會(huì)升高，將導(dǎo)致更加嚴(yán)重的故障，并且使得電容器組無(wú)功輸出不足。如發(fā)現(xiàn)是油體滲漏，由于油的介電系數(shù)相對(duì)較大，超過(guò)空氣的介電系數(shù)，電容量也勢(shì)必會(huì)發(fā)生變化。因此，通過(guò)測(cè)試電容量變化來(lái)分析判斷電容器的質(zhì)量，在實(shí)際故障排查工作中有著重要的指導(dǎo)意義。

如電容量測(cè)量值Cx超過(guò)或接近銘牌值的-5%～+10%范圍，可能由多種原因?qū)е拢紫瓤紤]電容器組殘余電荷對(duì)電容量的影響。若經(jīng)多臺(tái)電容電橋反復(fù)測(cè)量電容值結(jié)果仍偏大，則建議拆除保險(xiǎn)管側(cè)引線，解開(kāi)電容器一側(cè)高壓引線后再重新測(cè)量。如試驗(yàn)結(jié)果變化不大，電容量測(cè)量值仍超標(biāo)，則可判斷其內(nèi)部確實(shí)存在故障。例如，某110 kV變電站10 kV 11A高壓并聯(lián)電容器組B2電容值測(cè)量結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，10 kV 11A高壓并聯(lián)電容器組拆除高壓引線后測(cè)得的電容值為10.05 μF，與拆除高壓引線前試驗(yàn)結(jié)果相差不大，B2電容器實(shí)測(cè)電容值極大地超出了容差范圍，由此可得出結(jié)論：11A電容器組B2電容器不合格。

1.3 ? ?交流耐壓試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)

為檢查電容器主絕緣（套管與包封件）是否存在缺陷，可開(kāi)展極對(duì)殼交流耐壓試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)電容器在一定電壓下能承受的最短時(shí)間內(nèi)的絕緣耐壓強(qiáng)度。需要注意的是，在給并聯(lián)電容器的兩極對(duì)外殼施加交流電壓時(shí)，兩極需要做好短接加壓。通過(guò)這一試驗(yàn)?zāi)芨痈咝А⒓皶r(shí)地發(fā)現(xiàn)電容器的油面是否出現(xiàn)下降現(xiàn)象，以及電容器內(nèi)部有無(wú)受潮，瓷套管是否受損，局部機(jī)械設(shè)備、零件等是否存在缺陷。由于電容器極對(duì)外殼有著較大的絕緣強(qiáng)度，一般常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)開(kāi)展交流耐壓沒(méi)有太大的必要性。

2 ? ?合理選擇電容量的測(cè)試方法

并聯(lián)電容器自身的電容量相對(duì)較大，可采用多種測(cè)試方法，主要包括電流/電壓表法、數(shù)字電容表法、電容電橋法等。電容電橋法通常應(yīng)用在出廠驗(yàn)收試驗(yàn)階段，而現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)多數(shù)選用電流/電壓表法和數(shù)字電容表法。

一些電容元件發(fā)生擊穿后，兩極板之間仍有絕緣電阻留存，若此時(shí)借助電容表來(lái)測(cè)量電容值，因擊穿點(diǎn)依然處于絕緣模式，所測(cè)得的電容值仍維持在常規(guī)狀態(tài)，就無(wú)法正確測(cè)出故障下的實(shí)際電容值。對(duì)此，關(guān)鍵是要提高試驗(yàn)電壓，從而讓故障點(diǎn)再次擊穿。所以，在檢查判斷并聯(lián)電容器是否存在問(wèn)題或缺陷時(shí)，最理想的方法就是電流/電壓表測(cè)試法，如圖2所示。

3 ? ?電流/電壓表測(cè)試技術(shù)要點(diǎn)

3.1 ? ?試驗(yàn)電源波形與頻率均應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)

采用電流/電壓法，測(cè)量電壓可根據(jù)電源容量和測(cè)量表計(jì)量程科學(xué)選擇，測(cè)量時(shí)在電容器的兩側(cè)一般施加不大于5倍的額定電壓，電源頻率需處于平穩(wěn)狀態(tài)，且輸出正弦波，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)電壓已達(dá)額定電壓且保持平穩(wěn)后，可及時(shí)、同步讀取電壓表、電流表中的數(shù)據(jù)與電源的頻率，根據(jù)公式換算電容值。具體公式如下：

Cx=106I/2πfU

由于電容器的容抗和頻率之間呈負(fù)向關(guān)系，因此對(duì)電源有較高要求，需要測(cè)試中的電壓波形為正弦波，并且要控制電壓的浮動(dòng)范圍，同時(shí)要保持電源頻率的穩(wěn)定性，否則可能出現(xiàn)大范圍的測(cè)量錯(cuò)誤。最理想的狀態(tài)是選擇線電壓，以此來(lái)控制三次諧波。

3.2 ? ?合理選用精度高、抗干擾能力強(qiáng)的電流/電壓測(cè)量?jī)x

測(cè)試中所選用的電流表、電壓表，其測(cè)量精度應(yīng)在0.5級(jí)以上，且盡可能選用抗干擾性強(qiáng)的儀表。例如，某220 kV變電站的一號(hào)電容器組開(kāi)展電容量的交接試驗(yàn)，其中84臺(tái)電容器的電容量偏差均超出了預(yù)試規(guī)程中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，且正偏差都高達(dá)20%以上。測(cè)試過(guò)程中所選擇的是系統(tǒng)相電壓，電流表采用電磁系T51交流/直流兩用毫安表，且這些儀器在過(guò)去的試驗(yàn)中從未曾出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題。在次日復(fù)測(cè)過(guò)程中，電流表依然維持平衡狀態(tài)，測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)測(cè)算后也達(dá)到了規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)其他大功率非線性負(fù)荷工作以后，儀表的指針則出現(xiàn)了擺動(dòng)、走動(dòng)，對(duì)讀數(shù)加以計(jì)算后，容差達(dá)到20%以上，試驗(yàn)結(jié)果不合格。此時(shí)更換為電磁系T15純交流毫安表進(jìn)行復(fù)測(cè)，儀表的擺動(dòng)就相對(duì)較小，讀數(shù)也相對(duì)穩(wěn)定，電容量偏差則處于合理范圍內(nèi)[3]。

經(jīng)過(guò)反復(fù)檢查、校驗(yàn)后，分析出電磁系T51交流/直流兩用毫安表因容易受到現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾，其電磁波形出現(xiàn)了畸變，儀表不能有效抵御外界干擾，從而造成測(cè)試結(jié)果異常，其一般只適合于在電源波形沒(méi)發(fā)生畸變的情況下使用。

3.3 ? ?注意加壓速度，防止誤操作

在一臺(tái)正常的電容器上施加電壓進(jìn)行試驗(yàn)，電壓表讀數(shù)會(huì)均衡遞增。然而，若電流表的指針停滯，電壓持續(xù)升高到60 V時(shí)電流發(fā)生驟增，對(duì)應(yīng)的電壓表讀數(shù)也在激增，使用讀取到的電壓、電流值來(lái)測(cè)算出電容量，偏差卻處于合格范圍內(nèi)，這意味著電容器中出現(xiàn)了虛焊、開(kāi)焊以及局部接觸不良等問(wèn)題。電壓施加超出特定數(shù)值以后，會(huì)使一些虛焊部位發(fā)生擊穿現(xiàn)象，但電容量不會(huì)發(fā)生變化，因此無(wú)法得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。繼續(xù)快速地加壓，同時(shí)未能專(zhuān)注地監(jiān)測(cè)電流表中的讀數(shù)浮動(dòng)，則可能在一瞬間發(fā)生斷線，元件遭到擊穿，這時(shí)就算計(jì)算電容量偏差值也難以反映出故障問(wèn)題，因而存在嚴(yán)重的安全隱患。所以，加壓時(shí)需要逐步、緩慢進(jìn)行，同時(shí)要確保升壓速度均勻，細(xì)心監(jiān)測(cè)儀表上的電流值與電壓值的變化，才能得出正確、有效的試驗(yàn)結(jié)論，做到不誤判、不漏判。

3.4 ? ?安全事項(xiàng)

盡管試驗(yàn)時(shí)10 kV電容器組間隔已停電，試驗(yàn)前后還是應(yīng)戴絕緣手套使用放電棒接地，對(duì)電容器的兩極實(shí)施逐只、多次、充分對(duì)地放電處理，放電時(shí)注意與電容器組保持0.7 m的電氣安全距離。同時(shí)如果電容器附近出現(xiàn)帶電裝置，電容器外殼也可能發(fā)生放電現(xiàn)象，在必要的情況下可以暫時(shí)停運(yùn)附近的帶電裝置，從而有效避免電容器上的感應(yīng)電壓、殘留電荷等危害人身安全。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

影響并聯(lián)電容器組試驗(yàn)準(zhǔn)確性的因素很多，其中涉及外觀與外形的檢查，還有試驗(yàn)電源的類(lèi)型、波形與頻率、儀表等的選用，同時(shí)也要兼顧試驗(yàn)方法、操作要點(diǎn)及安全保護(hù)等多方面，工作中應(yīng)注意總結(jié)和歸納，做到全面分析、綜合權(quán)衡，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常情況并采取正確的處理方式，作出準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果判斷。在實(shí)際運(yùn)行中，還須強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管、技術(shù)監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器的潛在故障，提高電力系統(tǒng)設(shè)備的供電可靠性，保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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收稿日期：2021-09-15

作者簡(jiǎn)介：譚麗君（1985—），女，廣東江門(mén)人，電力工程技術(shù)工程師，主要從事電力系統(tǒng)高電壓測(cè)量技術(shù)研究、電力電氣工程技術(shù)管理工作。