高壓并聯電容器組故障后測試技術要點分析

引言

在電力系統中,高壓并聯電容器組起到了補償電網無功功率,提高功率因數,實現無功功率就地平衡,降低線損,提高電壓質量的作用。為了穩(wěn)定因負荷變化引起的電壓波動,需要頻繁投切并聯電容器組,再加上電容器自身出廠質量、設計、運行、維護等造成的問題,這些因素極易引起電容器爆炸,繼而造成嚴重的設備運行惡性事故。因此,掌握高壓并聯電容器組故障后檢查試驗技術和正確的事故處理方法,能有效提高試驗管理的工作效率和質量,保證電力系統設備安全、穩(wěn)定、經濟運行。

1電容器組故障后試驗診斷項目

1.1查找故障原因及確定被試臺數

以組架式電容器組為例,一般單個電容器單元對應配設一個噴逐式外熔斷器,以此作為第一保護設備,若僅是某個電容器發(fā)生擊穿,與之并聯的其他電容器將產生擊穿點放電現象,受損的電容器的熔斷器及熔絲則可能最早出現熔斷,把有擊穿的部分迅速切斷,從而保護電容器組繼續(xù)運行。也就是說,某個電容器出現了斷線或其他故障時,通常表現為出現故障的電容器依然能維持正常運行,而不發(fā)生任何熔斷現象。倘若附近的常規(guī)電容器最早發(fā)生熔斷,則會出現一系列的連鎖反應,導致切除的電容器過多,乃至不平衡狀況超過附近相關電容器的限度,造成一組電容器甚至整個電容器組內部的熔絲徹底發(fā)生熔斷,原因在于流經附近完好電容器的電流逐漸上升,最終造成熔斷器發(fā)生熔斷問題。例如,某220kV變電站10kV二號電容器組B相曾有一臺電容器電容值的測量誤差僅為14%,但也產生了一系列的連鎖反應,最終造成整組電容器熔斷。由此可見,發(fā)生故障時,出現熔斷的整組電容器必須逐個進行檢查試驗排查,及早發(fā)現內部是否存在受潮現象,電容器元件有無發(fā)生擊穿短路及絕緣劣化等缺陷,從而診斷出不合格的電容器,降低電容器組故障率,避免運行存在安全隱患。

1.2故障排查試驗項目的選擇

1.2.1外觀檢查

應觀察電容器的器身是否潔凈光滑,外觀有無油滲漏、裂縫損傷、放電痕跡以及過熱、變色等現象,且關注其局部是否發(fā)生過膨脹與變形等。這些原因均可能導致電容器的內在結構、部件、電容量等出現變化,從而帶來運行風險和安全隱患。若發(fā)現變色現象,則應分析電容器是否存在溫度過高、故障等問題,需要統一全部拆開檢查,加大了工作量和檢查難度。

1.2.2極對殼絕緣電阻測量

當電容器中的相關元件、設備以及部件等出現受潮、變質以及劣化甚至擊穿后,其絕緣電阻則可能下降,對比極對殼的絕緣電阻值變化可識別判斷上述缺陷。然而,實際檢查試驗中如電容器還存在其他缺陷問題,則絕緣測試僅能作為輔助判斷參考依據。測試時只對兩極外殼型電容器做絕緣電阻測試,針對單極電容器的情況,金屬外殼是作為另一個電極,故無須開展絕緣電阻測量。

兩極對外殼絕緣電阻測試法如圖1所示。

1.2.3電容量測試

組架式電容器組為同時滿足電壓和電容的需要,一般采用多個電容器元件串并聯結構。當任何內部元件出現故障,例如短路、擊穿故障時,串聯段數會減少,電容量則會增大。當元件等內部出現進水或受潮時,由于水的介電系數較大,電容量與介電系數之間成正比,則電容量上升可判斷原因為元件引線燒毀、熔斷。相反,電容量減小,即代表并聯元件數量下降,分析為內部元件有斷線、松脫,如電容器內熔絲熔斷,導致電容減小,這種情況比較危險,因為有內熔絲熔斷之后,剩下的完好元件電壓會升高,將導致更加嚴重的故障,并且使得電容器組無功輸出不足。如發(fā)現是油體滲漏,由于油的介電系數相對較大,超過空氣的介電系數,電容量也勢必會發(fā)生變化。因此,通過測試電容量變化來分析判斷電容器的質量,在實際故障排查工作中有著重要的指導意義。

如電容量測量值Cx超過或接近銘牌值的-5%～＋10%范圍,可能由多種原因導致,首先考慮電容器組殘余電荷對電容量的影響。若經多臺電容電橋反復測量電容值結果仍偏大,則建議拆除保險管側引線,解開電容器一側高壓引線后再重新測量。如試驗結果變化不大,電容量測量值仍超標,則可判斷其內部確實存在故障。例如,某110kV變電站10kv11A高壓并聯電容器組B2電容值測量結果如表1所示。

從測試結果來看,10kv11A高壓并聯電容器組拆除高壓引線后測得的電容值為10.05uF,與拆除高壓引線前試驗結果相差不大,B2電容器實測電容值極大地超出了容差范圍,由此可得出結論:11A電容器組B2電容器不合格。

1.3交流耐壓試驗測量技術

為檢查電容器主絕緣（套管與包封件）是否存在缺陷,可開展極對殼交流耐壓試驗來檢測電容器在一定電壓下能承受的最短時間內的絕緣耐壓強度。需要注意的是,在給并聯電容器的兩極對外殼施加交流電壓時,兩極需要做好短接加壓。通過這一試驗能更加高效、及時地發(fā)現電容器的油面是否出現下降現象,以及電容器內部有無受潮,瓷套管是否受損,局部機械設備、零件等是否存在缺陷。由于電容器極對外殼有著較大的絕緣強度,一般常規(guī)預防性試驗開展交流耐壓沒有太大的必要性。

2合理選擇電容量的測試方法

并聯電容器自身的電容量相對較大,可采用多種測試方法,主要包括電流/電壓表法、數字電容表法、電容電橋法等。電容電橋法通常應用在出廠驗收試驗階段,而現場試驗時多數選用電流/電壓表法和數字電容表法。

一些電容元件發(fā)生擊穿后,兩極板之間仍有絕緣電阻留存,若此時借助電容表來測量電容值,因擊穿點依然處于絕緣模式,所測得的電容值仍維持在常規(guī)狀態(tài),就無法正確測出故障下的實際電容值。對此,關鍵是要提高試驗電壓,從而讓故障點再次擊穿。所以,在檢查判斷并聯電容器是否存在問題或缺陷時,最理想的方法就是電流/電壓表測試法,如圖2所示。

3電流/電壓表測試技術要點

3.1試驗電源波形與頻率均應達到標準

采用電流/電壓法,測量電壓可根據電源容量和測量表計量程科學選擇,測量時在電容器的兩側一般施加不大于5倍的額定電壓,電源頻率需處于平穩(wěn)狀態(tài),且輸出正弦波,發(fā)現試驗電壓已達額定電壓且保持平穩(wěn)后,可及時、同步讀取電壓表、電流表中的數據與電源的頻率,根據公式換算電容值。具體公式如下:

由于電容器的容抗和頻率之間呈負向關系,因此對電源有較高要求,需要測試中的電壓波形為正弦波,并且要控制電壓的浮動范圍,同時要保持電源頻率的穩(wěn)定性,否則可能出現大范圍的測量錯誤。最理想的狀態(tài)是選擇線電壓,以此來控制三次諧波。

3.2合理選用精度高、抗干擾能力強的電流/電壓測量儀

測試中所選用的電流表、電壓表,其測量精度應在0.5級以上,且盡可能選用抗干擾性強的儀表。例如,某220kV變電站的一號電容器組開展電容量的交接試驗,其中84臺電容器的電容量偏差均超出了預試規(guī)程中的相關標準和要求,且正偏差都高達20%以上。測試過程中所選擇的是系統相電壓,電流表采用電磁系T51交流/直流兩用毫安表,且這些儀器在過去的試驗中從未曾出現過問題。在次日復測過程中,電流表依然維持平衡狀態(tài),測量數據經過測算后也達到了規(guī)程的標準。但當其他大功率非線性負荷工作以后,儀表的指針則出現了擺動、走動,對讀數加以計算后,容差達到20%以上,試驗結果不合格。此時更換為電磁系T15純交流毫安表進行復測,儀表的擺動就相對較小,讀數也相對穩(wěn)定,電容量偏差則處于合理范圍內。

經過反復檢查、校驗后,分析出電磁系T51交流/直流兩用毫安表因容易受到現場的電磁干擾,其電磁波形出現了畸變,儀表不能有效抵御外界干擾,從而造成測試結果異常,其一般只適合于在電源波形沒發(fā)生畸變的情況下使用。

3.3注意加壓速度,防止誤操作

在一臺正常的電容器上施加電壓進行試驗,電壓表讀數會均衡遞增。然而,若電流表的指針停滯,電壓持續(xù)升高到60V時電流發(fā)生驟增,對應的電壓表讀數也在激增,使用讀取到的電壓、電流值來測算出電容量,偏差卻處于合格范圍內,這意味著電容器中出現了虛焊、開焊以及局部接觸不良等問題。電壓施加超出特定數值以后,會使一些虛焊部位發(fā)生擊穿現象,但電容量不會發(fā)生變化,因此無法得到準確的試驗結果。繼續(xù)快速地加壓,同時未能專注地監(jiān)測電流表中的讀數浮動,則可能在一瞬間發(fā)生斷線,元件遭到擊穿,這時就算計算電容量偏差值也難以反映出故障問題,因而存在嚴重的安全隱患。所以,加壓時需要逐步、緩慢進行,同時要確保升壓速度均勻,細心監(jiān)測儀表上的電流值與電壓值的變化,才能得出正確、有效的試驗結論,做到不誤判、不漏判。

3.4安全事項

盡管試驗時10kV電容器組間隔已停電,試驗前后還是應戴絕緣手套使用放電棒接地,對電容器的兩極實施逐只、多次、充分對地放電處理,放電時注意與電容器組保持0.7m的電氣安全距離。同時如果電容器附近出現帶電裝置,電容器外殼也可能發(fā)生放電現象,在必要的情況下可以暫時停運附近的帶電裝置,從而有效避免電容器上的感應電壓、殘留電荷等危害人身安全。

4結語

影響并聯電容器組試驗準確性的因素很多,其中涉及外觀與外形的檢查,還有試驗電源的類型、波形與頻率、儀表等的選用,同時也要兼顧試驗方法、操作要點及安全保護等多方面,工作中應注意總結和歸納,做到全面分析、綜合權衡,及時發(fā)現設備的異常情況并采取正確的處理方式,作出準確的試驗結果判斷。在實際運行中,還須強化設備運行監(jiān)管、技術監(jiān)督,及時發(fā)現電容器的潛在故障,提高電力系統設備的供電可靠性,保障電網的安全、穩(wěn)定、經濟運行。