電容器跳閘的原因

電容器跳閘的原因分析

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kV張河變電站10

kV母線開口三角保護出現(xiàn)單相接地信號，大約1

s后，電容器速斷保護動作，當(dāng)檢修人員趕到現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)第一組電容器的外殼已明顯鼓肚、變形。分析了引起事故導(dǎo)致電容器速斷跳閘的原因，并對配套設(shè)備加以改進，增加必要的保護裝置，使無功補償裝置順利運行。1

故障原因分析

1.1

并聯(lián)電容器一次原理接線圖

圖1一次原理接線圖

該變電站補償電容5000

kvar，分4組自動投切，一次原理接線圖如圖1所示，每組電容器容量1250

kvar，電容器型號為BAM11-1250-3W，電抗器接于電源側(cè)。4組電容器安裝一套總保護裝置：保護配置速斷、過流、過壓、失壓等保護。電容器內(nèi)部故障保護設(shè)置內(nèi)熔絲。配套設(shè)備包括：投切電容器為真空斷路器，安裝于10

kV中置柜內(nèi)，各分組為真空交流接觸器，金屬氧化物避雷器安裝于電容器母線上，電壓互感器TV并接于電容器首、末兩端，中性點與電容器中性點相連，一次線圈做放電用鐵芯電抗器接于電源側(cè)，電抗率為6%。

1.2

電容器組故障分析

電容器組采用常用的星型接線方式，三相共體外殼接于同一鐵框架，框架接地。電容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為多個元件并聯(lián)的四串結(jié)構(gòu)，并設(shè)置內(nèi)熔絲保護，檢修人員與廠家人員對損壞的電容器進行解剖，發(fā)現(xiàn)受損電容器的A、B相內(nèi)熔絲均熔斷了兩根，外包封破裂，經(jīng)過認(rèn)真分析，認(rèn)為一相熔絲熔斷兩根后，造成外包封損傷，在外包封受傷的情況下，長期運行發(fā)展成對殼擊穿，并發(fā)展成單相接地。由于單相接地呈不穩(wěn)定電弧接地，使健全相產(chǎn)生過電壓而另一相也有兩熔絲熔斷，外包封受傷致使在過電壓作用下發(fā)展成對殼擊穿，由此形成相間短路，盡管保護可靠動作，但巨大的短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)，仍對電容器造成一定程度的損傷，使電容器外殼嚴(yán)重變形。

這起事故主要是內(nèi)熔絲熔斷未被發(fā)現(xiàn)而造成，引起內(nèi)熔絲熔斷的原因是電容器的過電流，而過電壓和高次諧波都可能造成電容器的過電流，由于電容器組的總保護設(shè)置過壓保護，自動投切裝置按電壓和功率因數(shù)投切，因此由于系統(tǒng)異常，造成過電壓引起內(nèi)熔絲熔斷的可能性很小。但是由于電容器投切頻繁，盡管裝有金屬氧化物避雷器，分合閘引起的過電壓被限制在一定范圍內(nèi)，但是操作過電壓的累積效應(yīng)可能對電容器造成損壞，引起內(nèi)熔絲熔斷。

另外由于電網(wǎng)中存在大量的非線性負(fù)荷，使得電網(wǎng)中諧波占有一定含量。110

kV張河變電站除擔(dān)任城郊居民用電外，主要擔(dān)任工業(yè)供電，除幾條10

kV工業(yè)專線外，其他10

kV線路上還有一些小型化工廠、鑄造廠等工業(yè)用戶，這些用戶都可能產(chǎn)生諧波。盡管每戶產(chǎn)生的諧波很少，但可以匯集成較大的諧波電流饋入電網(wǎng)，使電網(wǎng)的諧波水平升高，影響電網(wǎng)設(shè)備的安全運行。由于此變電站的無功補償裝置，配置電抗率為6%的串聯(lián)電抗器，6%的電抗率雖然能對5次及以上諧波有抑制作用，但在3次諧波下使串聯(lián)電抗器與補償電容器的阻抗成容性，出現(xiàn)諧波電流放大現(xiàn)象，使電容器過負(fù)荷。盡管母線上以5次諧波為主，3次諧波含量不是很高，而裝設(shè)電容器后，容性阻抗將原有的3次諧波含量放大，可能造成內(nèi)熔絲熔斷。由于總保護按四組電容器額定電流的1.3倍整定，而4組電容器全部投入的情況極少。當(dāng)某一段時間內(nèi)諧波含量偏高時，總過流保護不能動作，造成某相內(nèi)熔絲熔斷，而內(nèi)熔絲熔斷后不能被及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致事故擴大，造成速斷跳閘。

從保護配置來看，電容器內(nèi)部故障的保護只設(shè)置內(nèi)熔絲保護，而并未設(shè)置導(dǎo)致事故擴大的后備保護——不平衡電壓保護，使內(nèi)熔絲熔斷后不能及時發(fā)現(xiàn)，造成速斷跳閘事故，因此，保護配置不完善是造成電容器事故擴大的主要原因。

另外，不定期測量電容量也是造成事故擴大的原因之一。由于電容器內(nèi)部裝置最直接的反應(yīng)是電容量的變化，而電容量測量手段落后，進行電容器電容量的測量時，需采用拆除連接線的測量方法，不僅測量麻煩而且可能因拆裝連接線導(dǎo)致套管受力而發(fā)生套管漏油的故障。因此，自投入運行以來檢修人員從未進行過電容量測量,而又未設(shè)置反應(yīng)電容器內(nèi)部故障的保護，當(dāng)內(nèi)部個別內(nèi)熔絲熔斷時，無法及時發(fā)現(xiàn)，造成事故擴大。2

改進措施

2.1

在各分組回路中安裝過負(fù)荷保護

由于過流保護根據(jù)4組電容器全部投入時整定，對分組諧波電流放大造成的過流現(xiàn)象反應(yīng)遲鈍，甚至不反應(yīng)，因此，在各分組回路安裝過負(fù)荷保護，由于交流接觸器只能開斷正常情況下的負(fù)荷電流，不能開斷故障電流，將交流接觸器更換為ZN-28型真空斷路器，在諧波含量高時，作用于跳閘，避免諧波對電容器造成損壞和內(nèi)熔絲熔斷。

2.2

在各分組回路安裝開口三角電壓保護

當(dāng)電容器某相內(nèi)熔絲熔斷時，容抗發(fā)生變化，與其他兩相容抗不等，

造成故障相與健全相電壓不平衡。于是，在各分組回路電壓互感器的二次繞組的開口三角處安裝一只低整定值的電壓繼電器，當(dāng)一相內(nèi)熔絲熔斷時，在開口三角處出現(xiàn)不平衡電壓，發(fā)出報警信號，此裝置能準(zhǔn)確反映電容器內(nèi)部故障，且不受系統(tǒng)接地和系統(tǒng)不平衡電壓的影響，及時將受傷的電容器退出運行。

2.3

定期測量電容量

針對電容量測量困難，購置了先進的測量設(shè)備，采用全自動電容電橋定期測量電容器組，單臺電容器的電容量，不需拆連接線，測量簡便快捷，準(zhǔn)確可靠。檢修人員定期進行電容量測量，當(dāng)電容器某一相個別內(nèi)熔絲熔斷后，電容量將發(fā)生變化，當(dāng)測得電容量減少，超過3