引言

在目前的電力系統(tǒng)中,要求無功功率盡量做到就近平衡,而并聯(lián)電容器是最簡單、最有效的無功補(bǔ)償設(shè)備?？紤]到電力設(shè)備絕緣及成本等問題,現(xiàn)在的電容器組一般應(yīng)用在6kV、10kV、35kV、66kV等低電壓等級(jí)系統(tǒng)中,接線形式一般可分為三角形、單星形橋形或?qū)掚p星形。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)可以知道,雙星形的接線形式,電容器會(huì)有適用容量大和靈敏的特異性保護(hù)作用,同時(shí)電流的不平衡保護(hù)可以使得電容和電氣之間的故障數(shù)據(jù)很快被識(shí)別并準(zhǔn)確反映,這是雙星形電容器組的主要保護(hù)形式之一。

本文針對(duì)珠海局近年發(fā)生的一起10kV并聯(lián)電容器組不平衡電流保護(hù)動(dòng)作跳閘原因進(jìn)行分析,通過高壓試驗(yàn)班對(duì)電容器組相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)測量來進(jìn)行驗(yàn)證,最后提出了相關(guān)預(yù)控措施,為工程建設(shè)和電容器組的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考和借鑒。

1事件概況

珠海局某220kV變電站供電區(qū)域主要是工業(yè)區(qū),負(fù)荷很重,某年度內(nèi)10kV電容器組發(fā)生了4次不平衡動(dòng)作跳閘。

該電容器組采用雙星形接線(圖1),整個(gè)間隔均放置在戶外,立體三排排列,為框架式并聯(lián)電容器。廠家:桂林電力電容器有限責(zé)任公司:型號(hào):GDw10/100:出廠日期:2010-10-15:投運(yùn)日期:2012-08-30。

隨著工業(yè)區(qū)逐漸發(fā)展,變電站負(fù)荷持續(xù)增大,運(yùn)行工況也發(fā)生相應(yīng)改變,電容器在運(yùn)行中不斷暴露問題,每次排查總會(huì)發(fā)生電容器電容量變化超標(biāo)和熔絲燒斷的情況,甚至出現(xiàn)過一次電容器鼓包的現(xiàn)象。

2故障檢查過程

首先,由繼保班人員進(jìn)行檢查,重點(diǎn)檢查整定參數(shù)及二次回路的情況。

在二次系統(tǒng)沒有問題的情況下,可由檢修班人員檢查電容器室相關(guān)刀閘、電抗器、電容器、PT、避雷器等設(shè)備的連接點(diǎn)情況,并作外觀檢查。

在以上兩種情況下均未發(fā)現(xiàn)明顯問題時(shí),由高壓試驗(yàn)班人員對(duì)相關(guān)電抗器、電容器、放電線圈、避雷器進(jìn)行電氣參數(shù)測量,用于判斷是否合格。

在查閱了該變電站歷次發(fā)生電容器組不平衡動(dòng)作的情況(表1)后,發(fā)現(xiàn)大多是電容器電容量發(fā)生變化或熔絲燒熔造成的電壓不平衡保護(hù)動(dòng)作,僅有1次是由于其中1個(gè)支柱瓷瓶爆裂后由絕緣問題導(dǎo)致的保護(hù)動(dòng)作。

3故障分析

3.1設(shè)備安裝環(huán)境的影響

電容器組安裝在戶外,長期受風(fēng)吹日曬雨淋,金屬部分易腐蝕,壽命會(huì)縮短:且由于溫差較大,而戶外設(shè)備冷熱交替更快,一些受力絕緣件受到應(yīng)力改變的影響易爆裂:另外,本站后加裝的電容器組自2012年投產(chǎn)至今已運(yùn)行7年,且處在高負(fù)荷地區(qū),惡劣的運(yùn)行環(huán)境使得電容器組存在較大的安全隱患。3.2散熱條件的影響

在夏季等高負(fù)荷季節(jié),并聯(lián)電容器組長時(shí)間投入,導(dǎo)致電容器本體一直處在較高的溫度下運(yùn)行:而其本身安裝在較狹小空間中,各部件之間比較緊湊,導(dǎo)致散熱空間不足,造成其內(nèi)部絕緣性能劣化速度加快,發(fā)生故障的可能性也增大。

3.3諧波的影響

電容器的發(fā)熱主要來自絕緣的介質(zhì)損耗,介損的表達(dá)式為:

由上式可知,系統(tǒng)運(yùn)行過程中的諧波含量越大,次數(shù)越高,對(duì)應(yīng)的電容器發(fā)熱也就愈加嚴(yán)重,同時(shí)介損大的電容器會(huì)特別不耐受高次諧波的不定性影響。在運(yùn)行中,諧波會(huì)引起附加絕緣介質(zhì)的不斷損耗,從而加快組件的絕緣老化,嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接導(dǎo)致電容器發(fā)生熱擊穿。

3.4熔斷器質(zhì)量的影響

根據(jù)我局近5年電容器故障的統(tǒng)計(jì)分析,由熔絲故障(尤其是外熔絲)引起的電容器組故障占到60%以上(圖2)。

我局目前還存在一些不完全符合要求的熔斷器,開斷性較低,造成電容器誤動(dòng)甚至拒動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,還可能引起電容的群體性爆炸。

圖2近年缺陷中各類故障類型占比

3.5電容器質(zhì)量的影響

對(duì)近年來發(fā)生故障的電容器進(jìn)行分析、檢查、試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)這些電容器的絕緣電阻普遍偏低,電容值與額定值比較明顯降低。同時(shí),對(duì)箱殼鼓肚的電容器進(jìn)行解體檢查,發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部分單元存在擊穿放電痕跡。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),部分廠家生產(chǎn)的電容器絕緣水平低,內(nèi)部存在水分或氣泡,使極間電場分布不均勻,導(dǎo)致經(jīng)常有局放等問題產(chǎn)生。

4預(yù)控措施

4.1電容量測試

嚴(yán)格按規(guī)程要求進(jìn)行預(yù)試,預(yù)試時(shí),除了準(zhǔn)確測量每相整組電容器的電容值外,還應(yīng)對(duì)電容器逐個(gè)測量檢查,與電容器銘牌值及交接試驗(yàn)值進(jìn)行比較。試驗(yàn)人員不能只按照南網(wǎng)檢修試驗(yàn)規(guī)程要求的-5%～5%的容差允許范圍對(duì)單臺(tái)電容器進(jìn)行判斷,應(yīng)綜合考慮各個(gè)電容器電容值以及整個(gè)電容器組總電容值的變化情況。

4.2熔斷器檢查

運(yùn)行人員日常巡視時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電容器組熔斷器的巡查,通過紅外測溫手段高效地對(duì)熔斷器進(jìn)行運(yùn)行測試,可有效發(fā)現(xiàn)熔斷器劣化后或部件連接處松動(dòng)引起的發(fā)熱,及時(shí)防止由于熔斷器故障造成的電容器組保護(hù)動(dòng)作。

4.3控制電容器組運(yùn)行環(huán)境溫度

電容器長期在高溫環(huán)境下運(yùn)行,會(huì)對(duì)其絕緣性能產(chǎn)生不良影響,加速絕緣老化。因此,應(yīng)盡量優(yōu)先把有條件安裝在室內(nèi)的電容器組安裝在室內(nèi),且設(shè)置合理的通風(fēng)裝置:如因條件所限,無法在室內(nèi)安裝,應(yīng)盡量保證電容器安裝的散熱空間,從而保障電容器組在用電高峰期長時(shí)間投入運(yùn)行時(shí)的散熱能力。對(duì)于室內(nèi)安裝的電容器組,需加裝溫控自動(dòng)驅(qū)動(dòng)通風(fēng)裝置,為電容器的安全運(yùn)行提供一個(gè)良好的環(huán)境。

4.4防止諧波的影響

建議定期測量電網(wǎng)諧波,對(duì)故障頻繁發(fā)生、三次諧波嚴(yán)重超標(biāo)的電容器組進(jìn)行改造。為達(dá)到抑制三次諧波的目的,可在10kV母線側(cè)安裝濾波裝置。

5結(jié)語

并聯(lián)電容器組作為目前優(yōu)先采用的無功功率補(bǔ)償裝置,對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行十分重要。本文對(duì)珠海局某220kV變電站10kV并聯(lián)電容器組不平衡保護(hù)頻繁動(dòng)作跳閘原因進(jìn)行了分析,通過對(duì)電容器組相關(guān)設(shè)備電氣參數(shù)的測量來進(jìn)行驗(yàn)證,最后提出了相關(guān)預(yù)控措施,以確保電容器組安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。