耦合電容器故障的處理分析

奚 璐

（中國石油大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163714）

1 故障情況

2022 年10 月18 日，維修工人在220 kV 變電站進行紅外線巡視時，發現連接電容C 相上節LI01 的總體發熱，其溫度比LI02 高得多，耦合電容器紅外圖譜如圖1 所示。為精確地進行故障定位，維修人員采用差別明顯的方法，將耦合電容上的下段的紅外信號進行處理，得到了相應的溫度曲線。耦合電容器溫度曲線如圖2 所示，三相的上、下段的溫度相差為4 ℃，最大的溫度相差4.6 ℃。

圖1 耦合電容器紅外圖譜

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

電容器被廣泛應用在工頻、高壓和UHVAC 傳輸中，實現載波、通信和測量；用于控制、保護和抽取電力。在此基礎上，給出了與高電壓傳輸線和接收機之間的耦合電容的基本理論。電容電容的容抗XC的表達式是：

其中：f 表示電流的頻率，C 表示電容的能力，ω 表示相的角度。

電容的容抗值與電容的電壓、電壓的關系密切。耦合電容的電氣能力一般較低，而高頻載波信號所采用的頻率區間在30 kHz至500 kHz，故耦合電容器在50 Hz 工作頻率時表現出的阻抗是600 至1000 倍的高頻信號表現出的阻抗，實質上等同于斷路，至于高頻信號，則等同于短路。這樣，只有在高頻下才能使耦合電容平穩地流過。耦合電容器連接原理如圖3 所示。

圖3 耦合電容器連接原理

2.2 帶電檢測

如圖2 所示，溫度在小范圍內僅為2.1 ℃，不會出現嚴重的狀況。所以維修工人并沒有提出斷電的要求，要對這臺機器進行徹底的檢查，以免因為無意識的斷電，而影響到電力系統的安全和可靠性。維修人員對濾波器、高頻電纜、收發信號和高頻信道進行了徹底的檢測，沒有發現任何問題，然后對經過耦合電容器的電流進行了檢測，并根據電容器的電容大小來判定其是否有故障。

電流和電容的公式是：

其中U 為系統相電壓。

從式（3）可以看出，如果對通過耦合電容的電流進行測定，則可以得到實際的電容值。然后，通過測量電容和標稱量Ce之間的相對偏差，如果測量的偏差在一定的限度之內，則可以避免因電容不正常造成的超溫現象；如有偏差超過了限值，則要盡早進行斷電測試，避免因安全隱患的進一步擴大而引發電力系統故障。

在帶電測試期間，工作人員應請求臨時停用高頻率保護設備，關閉過濾器的接地。驗收合格后，維修人員用鉗形安培儀對連接電容接地導線的工作電流I=216 mA 進行測試，從變電站監測系統的顯示屏上可以看到，此時的電網線路的電壓是228 kV，所以它的相位電壓大約是132 kV；根據這一點，可以計算出：

此耦合電容器是由兩個上、下兩個電池組組成，其容量值分別是0.009 78 F 和0.009 84 F。

電容相對偏差Δ 為：

根據DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》的規定，在超出-5%～10%的情況下，進行斷電測試。實測的相對偏差為6.73%，并沒有超出警戒值的范疇，但是與初值相比，耦合電容器的電容性有了很大的提高，目前的測試結果趨于正常；提出應加大追蹤監控力度，如有可能對斷電進行更深入的檢查與診斷。

2.3 停電試驗

員工向計劃報告帶電測試的狀況。在2020 年10 月21 日斷電維修期間，測試員進行了絕緣電阻值、介質損耗正切tanδ 和電容值的常規測試。所有的絕緣電阻都符合標準，其中，介質損失的正切和容量測試資料以及往年的測試資料（22 ℃以下的溫度都被轉換成22 ℃）顯示在表1 中。如表1 所示：從2007 年7 月開始生產到2011年7 月，介質損失的正切和容量均有輕微的變動，但是均在允許的區間之內；上節耦合電容器的容量與上一次相比增加了5.99%，而正切值從2022 年7 月20 號的0.19%增加至2022 年10 月21 日的0.63%，增加了232%，超出了規定的范圍，還有待進一步的分析和處理。

表1 介質損耗及電容量測試數據

2.4 解體檢查及處理

維修工人對上部耦合器電容器進行了拆分，結果表明，4、5的接頭接頭處存在嚴重的漏電現象，上部聯軸式電容器的陶瓷襯里和法蘭的橡膠接頭處的防水密封件開裂。

其主要原因是，由于沿海地區的鹽霧環境以及長時間的操作缺少有效的維修，致使連接電容的陶瓷襯片和法蘭的膠接部分的防水密封件發生了腐蝕和老化，使電容的內部水分被吸濕；結果造成了介質損失的急劇增加，使電容因潮濕而產生的漏電流增加，造成了放電。其他故障還包括：①在出廠時，由于電容器的襯墊和凸緣未清潔，采用不潔的方式直接涂布防水密封劑，經過長時間使用后出現裂縫，入水而受潮；②由于連接電容在生產過程中沒有對焊縫進行適當的加工，加上長期使用和使用，導致焊縫產生了放電；③由于材料、設計、工藝等共性問題，在出廠時存在著設備瑕疵，也就是制造工藝上的瑕疵。

3 處理方案

消除放電的痕跡，清洗所有零件，在脫焊部位再次進行磷熔焊。在內層烘干后，重新安裝，重新在陶瓷襯墊和法蘭上涂抹防水密封。

對大檢修后的電容進行絕緣電阻、介質損耗正切值、泄漏電流和交流電壓測試，測試結果全部符合要求，并投入使用。投產后對聯接電容進行了半年的追蹤監控，無異常情況，裝置正常運轉。

4 檢修流程建議

（1）紅外線探測技術是電力系統運維的一種重要方法。在發現有異常情況時，要與其他帶電測試資料進行全面的分析，如有需要，可以提出斷電處置請求，并運用故障測試和診斷測試結果進行綜合分析。

（2）在耦合電容充電實驗中，提出在傳統的紅外線探測之外，還應進行終端電容電流的測量，并在需要時進行電容器件的部分放電實驗，并進行全面的分析和判定。

（3）對于在嚴寒地區，重污染E 級或D 級海岸地區運行超過10 年的耦合電容，在使用過程中，必須定期進行定期測試，檢查其膠接部分的防水層是否完整，如有需要，需重新涂抹防水膠。

（4）提出有能力的各單位應定期進行各類帶電測試，對裝置狀況進行評價，盡早地找到安全隱患，防止因安全問題的進一步發展而引發的安全事故。

5 結束語

通過紅外探測、帶電檢測、停電測試和拆解檢驗，對聯接電容進行了故障分析和診斷，并對其進行了詳細的分析和診斷。有能力的企業應加強對各類帶電設備的檢查，盡早地進行安全檢查，防止電氣安全事故。