電力電容器常見故障剖析及應對措施

左 騰 吳金其

（1.國網浙江平湖市供電有限公司 2.浙江四方格林系統工程有限公司）

0 引言

電力電容器結構簡單、性價比好［1］，在無功補償領域極具作用，其廣泛應用很好契合了電網中感性負荷急劇增長的局面［2］。但運行大數據顯示：因制造、設計等環節的缺陷，或者諧波、環境等因素的作用［3－4］，電力電容器易發生故障，進而給電網運行帶來威脅。本文將根據文獻［5－6］給出的部分電網中電力電容器故障數據的統計，以故障機理分析為依托，結合故障特征研究，提出事故預防措施，以保障電力電容器的安全可靠運行。

1 電力電容器故障機理

電力電容器為全密封設備，其故障類型見圖1。

圖1 電力電容器故障類型

1）內部元件擊穿［7］。造成該項故障的因素包括介質老化、絕緣受潮、生產工藝不良、運行環境惡劣等。電容元件擊穿的細項分析可用圖2進行展示。

圖2中，電擊穿往往發生于瞬間（因過電壓持續時間較短），與溫度關系不大；熱擊穿則是長時間穩態運行造成，其內部介質的溫升與劣化有一個明顯的軌跡；局部放電擊穿一般由非貫穿電極的局部擊穿逐漸發展為貫穿性絕緣擊穿故障。

圖2 電容元件發生擊穿的類型分析

2）熔絲熔斷。熔絲保護對電力電容器的安全穩定運行來說是非常重要的，可區劃為外熔絲保護與內熔絲保護。前者的作用是將整個故障電容器隔離（即使故障發生在電容器內部），而后者僅將電容器內部的故障元件隔離（電容器仍可保持運行）。根據對大量運行實情的統計：①外熔絲易誤熔斷，原因為熔絲選型不當或接線端子接觸不良；②內熔絲可能出現拒熔斷，原因為熔絲與內部元件不匹配。

3）內部短路故障。主要形式為兩種：①內部極間短路；②內部帶電極板對外殼短路。內部短路故障可能與運行時間過長、內部受潮、設計制造缺陷等有關。

4）外部放電故障［2］。該類故障主要出現在電容器本體外部的套管部位（如沿面閃絡等），一般在巡檢中可明顯辨識，且能借助繼電保護隔離，其危害程度相對較小。

2 電力電容器故障表征及原因剖析

當電力電容器存在各種潛在或顯在異常時，一般會有相應表征出現［3］，如圖3所示。

圖3 電力電容器存在運行異常處的表征特點

1）A層面展開。滲漏油現象會明顯呈現在電力電容器外表，它一方面造成設備內部絕緣水平降低（因絕緣油減少了），另一方面致使外部潮氣吸入（因油面下降了），最后均可能引發爆炸事故。滲漏油致因：焊接工藝不良、密封膠墊老化或受力不均、本體受到擠壓或碰撞、運維缺乏所致的外殼銹蝕、套管密封性變差等。

2）B層面展開。電容器殼體允許少量形變（前提是由溫度或電壓正常波動引起）。但若電容器內部場強過高，將會使絕緣介質分解出大量氣體，一方面加劇內部絕緣劣變，另一方面改變固有電氣絕緣距離，極易引發火災事件。殼體變形主要由于產品質量，如絕緣油性能不達標、電極與絕緣介質選材差、制造中不注意內部雜質殘留等。

3）C層面展開。電力電容器使用壽命與其運行溫度的關系：超過運行規定溫度后，每升高8℃將使電容器壽命減半。溫升異常對絕緣介質的熱老化顯然是致命的。溫升異常致因：周遭通風差、過電流時間長、整流裝置的高次諧波等。

4）D層面展開。電容器成套裝置在運行中，因布置緊湊易吸附環境中的帶電顆粒，使得套管表面污穢聚集，從而給套管瓷瓶沿面放電帶來“便利”。

5）E層面展開。電容器內部無機械動作單元，正常不會有異聲，一旦出現意味著內部有高能局放。

6）F層面展開。這歸屬惡性事故，不但危及全站供電，還可致人死亡，事故場景如圖4所示。這類事故常由貫穿性短路故障造成。

圖4 電力電容器爆裂事故場景展示

7）G層面展開。與變壓器設備不同，電力電容器組的運行狀態始終是滿負載，因此回路電流一般較大，若各處連接頭接觸不良（安裝原因或維護原因），必然導致連接處的異常發熱，當持續時間過長，連接線熔斷是大概率事件。

3 針對性防控措施的制定

根據前面關于電力電容器故障機制、特征、致因的研究，可制定出如圖5所示的應對措施框架。

圖5 電力電容器事故預防的措施體系

1）A層面展開。在制造上，務必確保原材料合格、生產裝備達標，以及工藝流程的規范和出廠檢驗的嚴控。在安裝階段，本著“分相、分組”合理原則，確保“相與相”、“段與段”的電容量平衡；另外，交接驗收要嚴格按驗收指導書執行。

2）B層面展開。在對線路作停、送操作時，按“先斷后合”原則操作電容器組，按“先合后斷”原則操作各路負載。當恢復電力電容器運行時，應核驗放電時間是否充足。對電容器組的投切應從控制策略上減少頻繁度。若保護裝置已發生過動作，則務必先查明原因并予以解決。為規避高次諧波入侵，應結合具體使用場所對電抗率作科學擇定。

3）C層面展開。對于室內電容器組，一般須配置自動控溫裝置；對于室外電容器組，須考慮防太陽直射的措施，且要著力營造良好的通風散熱條件。另外，定期紅外測溫必不可少。

4）D層面展開。當前，信息技術發展迅速，對電力設備運行狀態采取在線監測已非難事。①要實時采集電力電容器實際運行電壓，并按國家有關標準予以控制，以規避該類設備長期運行于過電壓條件。②對一些重要的故障特征狀態信息進行在線采集，如局放、介損、電容量、泄漏電流、有功損耗等，一方面可即時區判是否需停運檢查，另一方面也可積累運行數據作運行趨勢的預判，以推進狀態檢修的精準性。

5）E層面展開。日常巡視可發現圖3中多類異常，若殼體形變、滲漏油、放電痕跡、瓷瓶污穢、連接處發熱（借助示溫片、紅外測溫儀）等，從而及時維護和檢修，確保電容器組的穩健運行。

4 結束語

電力電容器是電網的重要組成設備，對穩定負載電壓、保證電力供需經濟性等意義重大。本文通過對造成電力電容器各類故障的機理、特征、致因作深度分析，然后提出針對性的預控措施，可作為變電站室內電容器組運維、線路柱上無功補償運維等的有效參考。