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、最有效的無功補償設(shè)備。考慮到電力設(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?？偨Y(jié)經(jīng)驗可以知道,雙星形的接線形式,電容器會有適用容量大和靈敏的特異性保護作用,同時電流的不平衡保護可以使得電容和電氣之間的故障數(shù)據(jù)很快被識別并準(zhǔn)確反映,這是雙星形電容器組的主要保護形式之一。

本文針對珠海局近年發(fā)生的一起10kV并聯(lián)電容器組不平衡電流保護動作跳閘原因進行分析,通過高壓試驗班對電容器組相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)測量來進行驗證,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),負荷很重,某年度內(nèi)10kV電容器組發(fā)生了4次不平衡動作跳閘。

該電容器組采用雙星形接線(圖1),整個間隔均放置在戶外,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:GDw10/100:出廠日期:2010-10-15:投運日期:2012-08-30。

隨著工業(yè)區(qū)逐漸發(fā)展,變電站負荷持續(xù)增大,運行工況也發(fā)生相應(yīng)改變,電容器在運行中不斷暴露問題,每次排查總會發(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,由繼保班人員進行檢查,重點檢查整定參數(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,由高壓試驗班人員對相關(guān)電抗器、電容器、放電線圈、避雷器進行電氣參數(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動作,僅有1次是由于其中1個支柱瓷瓶爆裂后由絕緣問題導(dǎo)致的保護動作。

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)至今已運行7年,且處在高負荷地區(qū),惡劣的運行環(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

在夏季等高負荷季節(jié),并聯(lián)電容器組長時間投入,導(dǎo)致電容器本體一直處在較高的溫度下運行: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,介損的表達式為:

由上式可知,系統(tǒng)運行過程中的諧波含量越大,次數(shù)越高,對應(yīng)的電容器發(fā)熱也就愈加嚴重,同時介損大的電容器會特別不耐受高次諧波的不定性影響。在運行中,諧波會引起附加絕緣介質(zhì)的不斷損耗,從而加快組件的絕緣老化,嚴重時會直接導(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,造成電容器誤動甚至拒動的現(xiàn)象時有發(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

對近年來發(fā)生故障的電容器進行分析、檢查、試驗,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,對箱殼鼓肚的電容器進行解體檢查,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

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

4.2熔斷器檢查

運行人員日常巡視時應(yīng)加強對電容器組熔斷器的巡查,通過紅外測溫手段高效地對熔斷器進行運行測試,可有效發(fā)現(xiàn)熔斷器劣化后或部件連接處松動引起的發(fā)熱,及時防止由于熔斷器故障造成的電容器組保護動作。

4.3控制電容器組運行環(huán)境溫度

電容器長期在高溫環(huán)境下運行,會對其絕緣性能產(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間投入運行時的散熱能力。對于室內(nèi)安裝的電容器組,需加裝溫控自動驅(qū)動通風(fēng)裝置,為電容器的安全運行提供一個良好的環(huán)境。

4.4防止諧波的影響

建議定期測量電網(wǎng)諧波,對故障頻繁發(fā)生、三次諧波嚴重超標(biāo)的電容器組進行改造。為達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償裝置,對電力系統(tǒng)運行十分重要。本文對珠海局某220kV變電站10kV并聯(lián)電容器組不平衡保護頻繁動作跳閘原因進行了分析,通過對電容器組相關(guān)設(shè)備電氣參數(shù)的測量來進行驗證,最后提出了相關(guān)預(yù)控措施,以確保電容器組安全穩(wěn)定運行,提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平。