电容器损坏事故分析

　　摘要：针对10kV并联电容器集中补偿装置因过电压损坏事故，结合变电站的运行方式进行分析，并提出了相应的解决办法。
　　
　　关键词：电容器；集中补偿；过电压
　　　　
　　某110kV变电站为无人值守站，装设10kV并联电容器成套补偿装置，于2003年8月安装并投运。2006年4月，检修人员对该装置进行春季预防性试验时，发现分组电压电容器2C、3C、4C集合式并联电容器鼓肚、壳体严重变形，4L电抗器器身大面积发黑，其中4C变形最为严重。于是，与设备厂家联系，进行了更换并加装了保护装置。同时，对此次事故进行了分析。
　　
　　1故障原因分析
　　
　　1.1装置配置
　　
　　该站集中补偿装置采用室外防护箱布置方式，VQC自动无功控制装置，在主控制室内，电容器、电抗器、分组开关等设备安装在防护箱内，补偿容量5000kvar，配置6%干式串联铁芯限流电抗器，分成4组自动投切，每组1250kvar，三相集合式并联电容器（内熔丝保护）。详细配置如图1所示，其中，QS为隔离开关，FV为金属氧化物避雷器。
　　

图1 一次接线图

　　1.2原因分析
　　
　　从故障的现状可以判断出，此次故障是由于分组电容器2C、3C、4C和4L电抗器内部长期发热导致的，从过电压、电容器的布置方式和运行方式出发，结合运行记录，进行了原因分析。
　　
　　如图2所示，该110kV变电站35kV出线1回，主供35kV某农业变电站（以下简称A站）；10kV出线6回，其中，工业专线2回，与A站的10kV联络线1回。正常运行方式下，A站2台主变压器停运，通过10kV联络线带其全部负荷；非正常运行方式下，35kV电源进线2向A站供电，启用2台主变压器，且通过10kV联络线，向110kV变电站10kV母线供电。110kV变电站和A站所带负荷中，农业负荷占有较大比重。由于农业线路长，供电半径大，通道清障不彻底，部分铁件、瓷件等老化，在遇有风、大雾、阴雨等天气时，经常出现单相接地故障，导致非故障相电压升高。运行记录显示，2006年1~4月份，单相接地次数达16条次，最高相电压达到11.69kV。而目前35kV、10kV系统为中性点非有效接地系统，据有关规程规定，单相接地故障时，可允许故障线路继续运行1~2h。因单相接地而导致的非故障相电压升高，数值虽然不是很大，达不到电容器出线保护过电压整定值，也不能使电容器保护熔丝熔断，但故障时间长、次数多，是造成电容器鼓肚、壳体变形的主要原因。同时，2006年3月份，110kV电源进线有施工任务，两站在非正常方式下，110kV变电站VQC装置无法应用，A站2台主变压器为无载调压型，第二电源点距A站较远，为保证电压合格率，调高了2台变压器的档位。可是，在用电低谷时段，由于负荷轻导致电压经常越过上限。且在近1个月的时间段内，110kV变电站一直固定使用第四组进行无功补偿，致使4C和4L长期运行，电容器变形、发热较为严重。

 
图2 运行方式

　　
　　另外，该补偿装置的布置方式为室外防护箱型式。所谓防护箱，即用钢结构作为框架、四周及屋顶填充彩钢复合板而制作的小室，占地面积小，同时内部立体空间也小，无专用的维护、检修、巡视通道，也不利于布式热通风，在夏季时内部温度经常达到50℃以上。然而，对于并联电容器而言，运行温度是保证电容器安全运行和使用年限的重要条件。可以看出，箱内温度过高，也是导致电容器发热损坏的原因之一。
　　
　　2对策
　　
　　2.1配置分组保护
　　
　　针对单相接地故障等引起的过电压，现场在电容器分组回路中加装了不平衡保护，即开口三角电压保护，如图3所示，将TV的一次侧与单星形接线的每组电容器并联，二次线圈结成开口三角形，在三角形连接的开口处接1个低整定值的电压继电器（可加装时间继电器），其动作出口接至分组跳闸回路，并发出信号上传调度。值班人员根据动作信息，判断跳闸原因，若是接地故障，待故障消除后，可重新投入运行；若是电容器内部故障，则让该组退出运行。自2006年6月投运以来，故障时动作可靠，电容器运行良好。
　　

图3 单组开口三角电压保护接线

　　2.2充分利用VQC装置的自动控制功能
　　
　　VQC装置，即无功电压综合自动控制装置，能够实现对变压器有载分接开关的自动调整，和电容器的自动循环投切，达到无功就地平衡、电压合格的目的。但上述功能的实现，依赖于该装置运行方式的设置。一般而言，VQC装置有4种运行方式，即电压电容综合自动、电压自动电容手动、电压手动电容自动、电压电容均手动。对于该110kV变电站和其他无人值守站内的VQC装置，明确规定必须设置为电压电容综合自动方式，无特殊情况不得任意改变。因为如果将运行方式设置为电压电容均手动，就相当于没有安装VQC装置；若单将电容设置为手动，则因目前调度监控中心很难控制到电容器各分组投切开关，易出现固定1组或多组投切的情况，可能导致类似故障中4C、4L严重发热的情形；若单将电压设置为手动，则增加了值班人员的工作强度。同时，两者当中任何一个设置为手动，都将影响自动综合控制的效果，使VQC装置的功能得不到充分利用。
　　
　　另外，将其运行方式设置为电压电容综合自动后，有可能调压次数增加、分组投切开关动作频繁，有些检修、维护人员认为会影响有载分接开关和投切开关的使用寿命。这是一个误区，因为设备本身在制造、生产时，已经考虑到此方面的要求。
　　
　　在采取上述两项措施的同时，针对此次事故，还在室外防护箱内加装了测温装置和自启动轴流风机，并计划对A站进行VQC改造和更换2台主变压器。
　　
　　为了防止此类故障的发生，除了配置必要的保护、充分利用VQC装置、合理选择补偿装置的布置方式以外，还应加强设计时的设备选型，如选用单相式集合并联电容器，以减少事故发生的损失。同时，还应重视并联集中补偿装置安全运行，加强巡视，定期清扫、测温、试验等。