电容器跳闸的原因分析

关键词：谐波电流；过负荷

    110 kV张河变电站10 kV母线开口三角保护出现单相接地信号，大约1 s后，电容器速断保护动作，当检修人员赶到现场，发现第一组电容器的外壳已明显鼓肚、变形。分析了引起事故导致电容器速断跳闸的原因，并对配套设备加以改进，增加必要的保护装置，使无功补偿装置顺利运行。

    1 故障原因分析

    1.1 并联电容器一次原理接线图

图1　一次原理接线图

    该变电站补偿电容5000 kvar，分4组自动投切，一次原理接线图如图1所示，每组电容器容量1250 kvar，电容器型号为BAM11-1250-3W，电抗器接于电源侧。4组电容器安装一套总保护装置：保护配置速断、过流、过压、失压等保护。电容器内部故障保护设置内熔丝。配套设备包括：投切电容器为真空断路器，安装于10 kV中置柜内，各分组为真空交流接触器，金属氧化物避雷器安装于电容器母线上，电压互感器TV并接于电容器首、末两端，中性点与电容器中性点相连，一次线圈做放电用铁芯电抗器接于电源侧，电抗率为6%。

    1.2 电容器组故障分析

    电容器组采用常用的星型接线方式，三相共体外壳接于同一铁框架，框架接地。电容器内部结构为多个元件并联的四串结构，并设置内熔丝保护，检修人员与厂家人员对损坏的电容器进行解剖，发现受损电容器的A、B相内熔丝均熔断了两根，外包封破裂，经过认真分析，认为一相熔丝熔断两根后，造成外包封损伤，在外包封受伤的情况下，长期运行发展成对壳击穿，并发展成单相接地。由于单相接地呈不稳定电弧接地，使健全相产生过电压而另一相也有两熔丝熔断，外包封受伤致使在过电压作用下发展成对壳击穿，由此形成相间短路，尽管保护可靠动作，但巨大的短路电流产生的热效应，仍对电容器造成一定程度的损伤，使电容器外壳严重变形。

    这起事故主要是内熔丝熔断未被发现而造成，引起内熔丝熔断的原因是电容器的过电流，而过电压和高次谐波都可能造成电容器的过电流，由于电容器组的总保护设置过压保护，自动投切装置按电压和功率因数投切，因此由于系统异常，造成过电压引起内熔丝熔断的可能性很小。但是由于电容器投切频繁，尽管装有金属氧化物避雷器，分合闸引起的过电压被限制在一定范围内，但是操作过电压的累积效应可能对电容器造成损坏，引起内熔丝熔断。

    另外由于电网中存在大量的非线性负荷，使得电网中谐波占有一定含量。110 kV张河变电站除担任城郊居民用电外，主要担任工业供电，除几条10 kV工业专线外，其他10 kV线路上还有一些小型化工厂、铸造厂等工业用户，这些用户都可能产生谐波。尽管每户产生的谐波很少，但可以汇集成较大的谐波电流馈入电网，使电网的谐波水平升高，影响电网设备的安全运行。由于此变电站的无功补偿装置，配置电抗率为6%的串联电抗器，6%的电抗率虽然能对5次及以上谐波有抑制作用，但在3次谐波下使串联电抗器与补偿电容器的阻抗成容性，出现谐波电流放大现象，使电容器过负荷。尽管母线上以5次谐波为主，3次谐波含量不是很高，而装设电容器后，容性阻抗将原有的3次谐波含量放大，可能造成内熔丝熔断。由于总保护按四组电容器额定电流的1.3倍整定，而4组电容器全部投入的情况极少。当某一段时间内谐波含量偏高时，总过流保护不能动作，造成某相内熔丝熔断，而内熔丝熔断后不能被及时发现，导致事故扩大，造成速断跳闸。

    从保护配置来看，电容器内部故障的保护只设置内熔丝保护，而并未设置导致事故扩大的后备保护——不平衡电压保护，使内熔丝熔断后不能及时发现，造成速断跳闸事故，因此，保护配置不完善是造成电容器事故扩大的主要原因。

    另外，不定期测量电容量也是造成事故扩大的原因之一。由于电容器内部装置最直接的反应是电容量的变化，而电容量测量手段落后，进行电容器电容量的测量时，需采用拆除连接线的测量方法，不仅测量麻烦而且可能因拆装连接线导致套管受力而发生套管漏油的故障。因此，自投入运行以来检修人员从未进行过电容量测量,而又未设置反应电容器内部故障的保护，当内部个别内熔丝熔断时，无法及时发现，造成事故扩大。

    2 改进措施

    2.1 在各分组回路中安装过负荷保护

    由于过流保护根据4组电容器全部投入时整定，对分组谐波电流放大造成的过流现象反应迟钝，甚至不反应，因此，在各分组回路安装过负荷保护，由于交流接触器只能开断正常情况下的负荷电流，不能开断故障电流，将交流接触器更换为ZN-28型真空断路器，在谐波含量高时，作用于跳闸，避免谐波对电容器造成损坏和内熔丝熔断。

    2.2 在各分组回路安装开口三角电压保护

    当电容器某相内熔丝熔断时，容抗发生变化，与其他两相容抗不等， 造成故障相与健全相电压不平衡。于是，在各分组回路电压互感器的二次绕组的开口三角处安装一只低整定值的电压继电器，当一相内熔丝熔断时，在开口三角处出现不平衡电压，发出报警信号，此装置能准确反映电容器内部故障，且不受系统接地和系统不平衡电压的影响，及时将受伤的电容器退出运行。

    2.3 定期测量电容量

    针对电容量测量困难，购置了先进的测量设备，采用全自动电容电桥定期测量电容器组，单台电容器的电容量，不需拆连接线，测量简便快捷，准确可靠。检修人员定期进行电容量测量，当电容器某一相个别内熔丝熔断后，电容量将发生变化，当测得电容量减少，超过3%时，及时将受伤的电容器退出运行。

    3 结束语

    设计和维护等方面的疏忽都可能对电容器的安全运行带来隐患，因此，配置完善的保护，定期测量电容量，防微杜渐，才能减少甚至避免电容器事故扩大，提高电容器的可用率，延长电容器的使用寿命。