第4章 电力电容器的运行与维护

第4章电力电容器的运行与维护Page2电力电容器的故障密集型电容器的运行与维护电容器的安全运行移相电容器的运行和维护电容器使用中应注意的问题Page3第1节电力电容器的故障并联电容器补偿装置的故障原因：电容器本身的制造质量、控制与保护装置的配置、控制保护装置工作的可靠性、电网的运行参数、运行状态。移相电容器的淘汰情况，以每年损坏台数占安装总台数的百分比来表示，通常称其为损坏率。据部分地区的调查表明，国产移相电容器的年损坏率，其中高压的为1%～3%，低压的为0.8%～1.5%。Page4一、安装、运行维护不当引起移相电容器的损坏1．电容器的早期损坏电容器的早期损坏多由于制造原因。高压电容器通常由多个元件串并联构成，每个元件由铝箔作电极。将固体介质放予电极之间经卷绕而制成。元件的极板面积很大，由于原材料及制造工艺等原因，介质中可能存在杂质、机械损伤、针孔、清洁度低等问题，这就成了电容器固有的隐患。在系统中受各种原因引起的过电压、过电流及周围高、低温度的作用，这些薄弱点便引起介质击穿。击穿时通常会产生火花，进一步的扩大故障范围，从而形成多层短路甚至整个元件短路。与击穿元件串联的元件上的电压将会随之升高，与其并联的元件组会被短接，从而使剩余的串联组上的电压随之升高，通过每个元件的电流也随之增大，将导致各个元件的迅速老化，增加发热量，同时在较高电压作用下也将产生极板边缘的局部放电。Page5加之击穿点的放电，会使浸渍剂放出大量气体，经过一定定时间后，与故障元件串联的整个串联组的其他元件会相继击穿，又会有新的串联组被短接。串联组数进一步减少，元件电压进一步提高，过电流现象更为严重，介质进一步恶化，温度进一步升高，电弧会进而增大，浸渍剂会进一步放出气体，如此下去，元件损坏越来越多，箱壳膨胀越来越严重。在这种情况下，保护熔丝、继电保护应及时将故障电容器切除，如不能切除，进一步的击穿会在箱壳中形成强烈电弧，其他并联电容器和系统能量的涌入，会在很短时间内使电容器介质迅速老化、膨胀，最后导致箱壳膨胀，严重者会发生爆炸。这种事故对于用户来说是无法消除的，它属于电容器的早期损坏，周期通常为一年左右。只有制造厂家设法提高产品质量，加强检测手段，以求减少早期损坏率。因此，在选择补偿电容时，有条件的单位应尽量选择性能可靠的集合式、自愈式电容器。Page62．运行电压过高引起移相电容器过早淘汰移相电容嚣的功率损耗和发热量都和运行电压的平方成正比，运行电压的升高，使电容器温度显著增加，另外在长期电场的作用下，会加速电容器绝缘的老化，国际上公认电容器的寿命与电压的7～8次方成反比。例如，电压增高15%，寿命就可能缩短3.1倍左右。某变电站曾由于运行电压过高加上通风不良，造成多台电容器运行不到一年，大部分外壳鼓肚而淘汰。移相电容器运行电压的标准规定：电容器必须能在1.05倍的额定电压下长期运行，并能在一昼夜中，在最高不超过1.1倍的额定电压下运行不超过6h。但当在24h内，周围的空气温度的平均值低于标准规定值时，电容器应能在1.1倍的额定电压下长期运行。Page7在下列三种情况下皆可能使电容器产生过电压运行：（1）当每相之间的电容器组是由几个单台电容器组串联以后再接入电网时，由于各台电容值的差异，而承受的电压并不一致，会引起过电压。另外，对中性点不接地的Y接线电容器组，相间电容差值也会产生三相电压的不平衡。因此，在安装时尽可能选择电容值差别不大的串联在同一相上，并应使三相间电容量相差不致过大。（2）当接入电网的电容器组采用串联6%的电抗器以防止高频谐波共振时，要考虑到加装电抗器后，引起加于电容器组端电压的升高，以免产生长期过电压。（3）目前，我国生产的移相电容器其额定电压是按照电力系统的标称电压而设计的，如3.15kV、6.3kV和10.5kV等。如果这些电容器装设于地区降压变压变电所的10kV（或6.3kV、3.3kV）母线上，由于送电端的关系，其母线运行电压往往比电容器的标称电压高，如11.5kV(或6.9kV、3.45kV)等，其将使电容器在10%的过电压下持续运行，尤以轻负荷时情况更为严重，这样将严重影响到电容器的寿命，Page83．操作过电压引起电容器的损坏切断并联电容器组时，可能引起电感一电容回路的振荡过程，从而产生操作过电压，切断过程中，如果断路器发生电弧重燃，将引起强烈的电磁振荡，出现更高的过电压值。这一过电压的幅值，与被切电容和母线侧电容的大小有关，也与电弧重燃时触头间的电位差有关。从实际运行经验来看，国内许多电网在拉开22～66kV移相电容器组时，曾多次发生过电压事故。例如，某变电所在拉开电容器组时，引起两次避雷器爆炸；某变电所66kV变压器套管间400mm的间隙，在拉开电容器组时引起放电；又如，某变电所拉开35kV电容器组时，使另一端变电所母线之间290mm的空气间隙放电。Page9某供电局的实测结果表明：在切合35kV电容器组时（开关断口无并联电阻），其操作过电压可达3.68倍，冲击电流为3倍，曾引起避雷器的动作；在切合10kV电容器组时，测到的操作过电压为1.5倍，冲击电流最大为6倍。经过实验结果认为：切合电容器组时（开关断口无并联电阻），电容器对地过电压最高为额定电压的5倍，冲击电流最大为额定电流的50倍。有关生产厂家认为：移相电容器在4倍额定电压作用下，经过20次，每次10个周波下时间，则电容器的绝缘水平就降低到额定电压以下。由此可见，操作电容器组时的过电压对电容器组的安全运行危害甚大。Page10我国《电力设备过电压保护设计技术规程》中指出：切合电容器组时，采用有并联电阻的断路器，可将这种过电压限制到2.5～3.0倍相电压之内，因此对35kV及以上电压的移相电容器组应尽量采用带并联电阻的断路器，10kV的电容器组有条件时可采用真空开关进行操作，在电容器组的储能小于磁吹避雷器的允许通过能力时，也可用磁吹避雷器限制之。另外，应尽可能减少移相电容器组的投切次数。4．带电荷合闸引起电容器的爆破任何额定电压的电容器组，均应禁止带电荷合闸。电容器组每次重新合闸，必须在开关断开电容器放电3min后进行。某变电站，曾发生由于110kV电源线路掉闸而重合，引起接于10kV母线上的电容器组发生爆破，损坏了19台移相电容器的事故，其原因可以认为合闸瞬间的电压极性正好和电容器上残留电荷的极性相反所引起。因此，为了防止此类事故的发生，该地区供电部门规定容量在160kvar以上的电容器组，都应安装无压时自动跳闸的保护装置。电容器组的开关不允许安装自动重合闸。Page11电容器对过高的电压反应是明显的。按规定，电容器可以在1.1倍额定电压下长期运行。但是，在负荷轻的情况下，网路电压常常超过这个数值。特别是对于农网，由于农村电网夜间负荷很轻，因此无功补偿的电容器，在夜间承受的工作电压，往往长时间高于这个允许值。这就要求人们应该选择具有较高额定电压的电容器，以降低电容器本身由于过高电压引起的介质损耗和由于热老化引起的电容器寿命的减少。变电所装设的电容器是进行动态无功补偿的，在夜间轻负荷、高电压下，应退出运行。对于装有6%电抗器的电容器，相对也提高了电容器端子上的电压，考虑这个电压的升高是必要的。同时考虑到电容器是装设在变压器的二次侧，线路的首端，且由于投切频繁，过电压冲击较多，因此应该选择具有较高额定电压的电容器。Page12二、运行温度过高造成移相电容器的损坏移相电容器绝缘介质容许长期承受的最高温度，对矿物油浸的绝缘为65～70℃，采用氯化联苯浸渍的绝缘为90～95℃。由于运行中无法测量元件最高热点的温度，因此只能从外壳温度来监视元件的温升。对YY型电容器允许外壳最高温度为60℃；而YL型电容器允许外壳最高温度则为80℃。运行温度过高造成移相电容器损坏的原因，主要表现在以下三方面：1．环境温度过高目前YY型及YL型移相电容器周围空气温度按-25～40℃设计。环境温度不超过40℃的要求，在我国许多地区难以满足，即使黄河沿岸的山西运城地区、陕西渭南地区、河南的郑州、洛阳地区，夏季电容器室温度也常超过40℃，更不要说南方各地了。因此，新型的KY-9800系列低压无功补偿装置，其周围空气温度系按-30～55℃设计。Page132．户外式电容器日光直接照射对陕西、湖北、广东、广西等地的调查表明，移相电容器露天装设于变电站或配电线路上时，在日光直接照射下，由于超温运行原因，年损坏率很高，有的可达10%左右。尤以装于户外铁质配电箱中，散热不良，夏季损坏率特别高。另外，在酷热天气突然下暴雨时，也会集中造成损坏。西安供电局的统计，移相电容器装于户外时年损坏率为4.2%，而装于户内的年损坏率只有0.65%，美国移相电容器标准中也提出了户外电容器防止日光直接照射的问题。陕西、河南等地采用的半露天式移相电容器棚，安装费用增加不多，提高了运行的可靠性。但广东、广西等地则主张移相电容器一律装于室内。而东北地区及西北高原地区由于夏季温度较低，移相电容器在户外的运行效果尚好，因此在这一问题上，各地可因地制宜，不必强求一律。Page143．通风散热不足调查中发现，不少单位的电容器室不是专门设计，而是利用其他房子改建的，因此安装上不甚合理。例如，有的电容器室通风设备容量小，且冷风流动方向有直流通现象，造成一些温度特别高的死角。有些电容器室每排作2行或3行布置，排与排之间走道过窄，上下层电容器安装时又不注意对齐，影响到通风和散热且不便于检查监视。两台电容器侧壁间的距离，西安电力电容器厂规定为50mm，桂林电力电容器厂规定为100mm，广东为单台容量50kvar及以下时应为100mm，50kvar以上时应为120mm。安装于成套配电柜中的移相电容器由于距离较小，不适用于南方气候炎热的地区。Page15三、网络高次谐波的影响网络电压波形畸变产生的高次谐波，对移相电容器的影响，主要表现在以下两方面：（1）使电容器组的运行电流和输出无功功率，大幅度地超过额定值。（2）当电源电压波形中某次谐波频率接近于网络的自然频率时，可能产生谐波共振过电压。谐波源主要来自用户负荷，如大功率晶闸管整流、电解工艺、变压器铁芯饱和，大容量电动机突然甩负荷及电气化铁道等。某市的两个系统变电所，分别邻近于钢厂和电解铝厂，装于该处的移相电容器的损坏率也较其他变电所为高，显然和负荷的性质有关．Page16四、开关设备性能的影响电容器在被切除时，如果开关不重燃，开断时不会产生过电压，也不会产生过电流，因此，人们追求采用能切合电容器而不复燃的开关，在切断电容器回路而当某相开关断口上的电流为零时，电容器端子上电压达到最高，为电源电压最大值，开关断口上几乎没有电压，此相电弧很小，且很容易熄灭。但是，经过半个周波后，电源电压反相达到最大值，原电容器上的电压和电源电压共同形成了2sqrt(2)UN的电压加于开关断口上，此时，若开关断口的距离还未拉到足够的长度，或者断口间的去游离不够时，断口就可能被击穿，这时形成的充电回路就可能出现高频振荡，当电流再次过零，断口再次断开时，电容器上就会出现接近于3sqrt(2)UN的电压，在经过半个周波后，电源电压反向，这时作用于开关断口上的电压则接近4sqrt(2)UN，这样高的电压还可能使开关断口再度击穿，依此，电容器上的电压还会增大到5sqrt(2)UN，这样高的电压对电容器本身和其他电气设备是很有害的，因此提高开关投切电容电流的能力是减少事故和延长电容器使用寿命的一个重要方面。Page17五、安装运行1．运输与安装电容器的引出线绝缘套管及其接线螺栓的机械强度很低，在以往的运行故障调查中发现，由于运输和安装中不注意而将套管搬坏和将螺栓拧松造成报废和渗漏油者，占电容器早期损坏的一半，这是不应该发生的，因此，对于电容器的运输储存，应包装良好，避免碰撞，要在安装现场拆除包装，任何情况下不得搬动套管，电容器的引线宜用软连接，避免外力和各种附加力作用于套管上，安装引线时，应上下螺栓同时拧动，防止导电螺栓松动渗油。2．外壳膨胀。在电容器内部故障产生较多气体的情况下，电容器箱壳将逐渐向外膨胀，运