高压并联电容器组故障后测试技术要点分析

    引言
    在电力系统中,高压并联电容器组起到了补偿电网无功功率,提高功率因数,实现无功功率就地平衡,降低线损,提高电压质量的作用。为了稳定因负荷变化引起的电压波动,需要频繁投切并联电容器组,再加上电容器自身出厂质量、设计、运行、维护等造成的问题,这些因素极易引起电容器爆炸,继而造成严重的设备运行恶性事故。因此,掌握高压并联电容器组故障后检查试验技术和正确的事故处理方法,能有效提高试验管理的工作效率和质量,保证电力系统设备安全、稳定、经济运行。
    1电容器组故障后试验诊断项目
    1.1查找故障原因及确定被试台数
    以组架式电容器组为例,一般单个电容器单元对应配设一个喷逐式外熔断器,以此作为第yi保护设备,若仅是某个电容器发生击穿,与之并联的其他电容器将产生击穿点放电现象,受损的电容器的熔断器及熔丝则可能很早出现熔断,把有击穿的部分迅速切断,从而保护电容器组继续运行。也就是说,某个电容器出现了断线或其他故障时,通常表现为出现故障的电容器依然能维持正常运行,而不发生任何熔断现象。倘若附近的常规电容器很早发生熔断,则会出现一系列的连锁反应,导致切除的电容器过多,乃至不平衡状况超过附近相关电容器的限度,造成一组电容器甚至整个电容器组内部的熔丝彻底发生熔断,原因在于流经附近完好电容器的电流逐渐上升,很终造成熔断器发生熔断问题。例如,某220kV变电站10kV二号电容器组B相曾有一台电容器电容值的测量误差仅为14%,但也产生了一系列的连锁反应,很终造成整组电容器熔断。由此可见,发生故障时,出现熔断的整组电容器必须逐个进行检查试验排查,及早发现内部是否存在受潮现象,电容器元件有无发生击穿短路及绝缘劣化等缺陷,从而诊断出不合格的电容器,降低电容器组故障率,避免运行存在安全隐患。
    1.2故障排查试验项目的选择
    1.2.1外观检查
    应观察电容器的器身是否洁净光滑,外观有无油渗漏、裂缝损伤、放电痕迹以及过热、变色等现象,且关注其局部是否发生过膨胀与变形等。这些原因均可能导致电容器的内在结构、部件、电容量等出现变化,从而带来运行风险和安全隐患。若发现变色现象,则应分析电容器是否存在温度过高、故障等问题,需要统一全部拆开检查,加大了工作量和检查难度。
    1.2.2极对壳绝缘电阻测量
    当电容器中的相关元件、设备以及部件等出现受潮、变质以及劣化甚至击穿后,其绝缘电阻则可能下降,对比极对壳的绝缘电阻值变化可识别判断上述缺陷。然而,实际检查试验中如电容器还存在其他缺陷问题,则绝缘测试仅能作为辅助判断参考依据。测试时只对两极外壳型电容器做绝缘电阻测试,针对单极电容器的情况,金属外壳是作为另一个电极,故无须开展绝缘电阻测量。
    两极对外壳绝缘电阻测试法如图1所示。

   1.2.3电容量测试
    组架式电容器组为同时满足电压和电容的需要,一般采用多个电容器元件串并联结构。当任何内部元件出现故障,例如短路、击穿故障时,串联段数会减少,电容量则会增大。当元件等内部出现进水或受潮时,由于水的介电系数较大,电容量与介电系数之间成正比,则电容量上升可判断原因为元件引线烧毁、熔断。相反,电容量减小,即代表并联元件数量下降,分析为内部元件有断线、松脱,如电容器内熔丝熔断,导致电容减小,这种情况比较危险,因为有内熔丝熔断之后,剩下的完好元件电压会升高,将导致更加严重的故障,并且使得电容器组无功输出不足。如发现是油体渗漏,由于油的介电系数相对较大,超过空气的介电系数,电容量也势必会发生变化。因此,通过测试电容量变化来分析判断电容器的质量,在实际故障排查工作中有着重要的指导意义。
    如电容量测量值Cx超过或接近铭牌值的-5%～＋10%范围,可能由多种原因导致,首先考虑电容器组残余电荷对电容量的影响。若经多台电容电桥反复测量电容值结果仍偏大,则建议拆除保险管侧引线,解开电容器一侧高压引线后再重新测量。如试验结果变化不大,电容量测量值仍超标,则可判断其内部确实存在故障。例如,某110kV变电站10kv11A高压并联电容器组B2电容值测量结果如表1所示。
    从测试结果来看,10kv11A高压并联电容器组拆除高压引线后测得的电容值为10.05uF,与拆除高压引线前试验结果相差不大,B2电容器实测电容值极大地超出了容差范围,由此可得出结论:11A电容器组B2电容器不合格。
    1.3交流耐压试验测量技术
    为检查电容器主绝缘（套管与包封件）是否存在缺陷,可开展极对壳交流耐压试验来检测电容器在一定电压下能承受的很短时间内的绝缘耐压强度。需要注意的是,在给并联电容器的两极对外壳施加交流电压时,两极需要做好短接加压。通过这一试验能更加高效、及时地发现电容器的油面是否出现下降现象,以及电容器内部有无受潮,瓷套管是否受损,局部机械设备、零件等是否存在缺陷。由于电容器极对外壳有着较大的绝缘强度,一般常规预防性试验开展交流耐压没有太大的必要性。
    2合理选择电容量的测试方法
    并联电容器自身的电容量相对较大,可采用多种测试方法,主要包括电流/电压表法、数字电容表法、电容电桥法等。电容电桥法通常应用在出厂验收试验阶段,而现场试验时多数选用电流/电压表法和数字电容表法。
    一些电容元件发生击穿后,两极板之间仍有绝缘电阻留存,若此时借助电容表来测量电容值,因击穿点依然处于绝缘模式,所测得的电容值仍维持在常规状态,就无法正确测出故障下的实际电容值。对此,关键是要提高试验电压,从而让故障点再次击穿。所以,在检查判断并联电容器是否存在问题或缺陷时,很理想的方法就是电流/电压表测试法,如图2所示。

   3电流/电压表测试技术要点
    3.1试验电源波形与频率均应达到标准
    采用电流/电压法,测量电压可根据电源容量和测量表计量程科学选择,测量时在电容器的两侧一般施加不大于5倍的额定电压,电源频率需处于平稳状态,且输出正弦波,发现试验电压已达额定电压且保持平稳后,可及时、同步读取电压表、电流表中的数据与电源的频率,根据公式换算电容值。具体公式如下:
    由于电容器的容抗和频率之间呈负向关系,因此对电源有较高要求,需要测试中的电压波形为正弦波,并且要控制电压的浮动范围,同时要保持电源频率的稳定性,否则可能出现大范围的测量错误。很理想的状态是选择线电压,以此来控制三次谐波。
    3.2合理选用jing度高、抗干扰能力强的电流/电压测量仪
    测试中所选用的电流表、电压表,其测量jing度应在0.5级以上,且尽可能选用抗干扰性强的仪表。例如,某220kV变电站的一号电容器组开展电容量的交接试验,其中84台电容器的电容量偏差均超出了预试规程中的相关标准和要求,且正偏差都高达20%以上。测试过程中所选择的是系统相电压,电流表采用电磁系T51交流/直流两用毫安表,且这些仪器在过去的试验中从未曾出现过问题。在次日复测过程中,电流表依然维持平衡状态,测量数据经过测算后也达到了规程的标准。但当其他大功率非线性负荷工作以后,仪表的指针则出现了摆动、走动,对读数加以计算后,容差达到20%以上,试验结果不合格。此时更换为电磁系T15纯交流毫安表进行复测,仪表的摆动就相对较小,读数也相对稳定,电容量偏差则处于合理范围内。
    经过反复检查、校验后,分析出电磁系T51交流/直流两用毫安表因容易受到现场的电磁干扰,其电磁波形出现了畸变,仪表不能有效抵御外界干扰,从而造成测试结果异常,其一般只适合于在电源波形没发生畸变的情况下使用。
    3.3注意加压速度,防止误操作
    在一台正常的电容器上施加电压进行试验,电压表读数会均衡递增。然而,若电流表的指针停滞,电压持续升高到60V时电流发生骤增,对应的电压表读数也在激增,使用读取到的电压、电流值来测算出电容量,偏差却处于合格范围内,这意味着电容器中出现了虚焊、开焊以及局部接触不良等问题。电压施加超出特定数值以后,会使一些虚焊部位发生击穿现象,但电容量不会发生变化,因此无法得到准确的试验结果。继续快速地加压,同时未能专注地监测电流表中的读数浮动,则可能在一瞬间发生断线,元件遭到击穿,这时就算计算电容量偏差值也难以反映出故障问题,因而存在严重的安全隐患。所以,加压时需要逐步、缓慢进行,同时要确保升压速度均匀,细心监测仪表上的电流值与电压值的变化,才能得出正确、有效的试验结论,做到不误判、不漏判。
    3.4安全事项
    尽管试验时10kV电容器组间隔已停电,试验前后还是应戴绝缘手套使用放电棒接地,对电容器的两极实施逐只、多次、充分对地放电处理,放电时注意与电容器组保持0.7m的电气安全距离。同时如果电容器附近出现带电装置,电容器外壳也可能发生放电现象,在必要的情况下可以暂时停运附近的带电装置,从而有效避免电容器上的感应电压、残留电荷等危害人身安全。
    4结语
    影响并联电容器组试验准确性的因素很多,其中涉及外观与外形的检查,还有试验电源的类型、波形与频率、仪表等的选用,同时也要兼顾试验方法、操作要点及安全保护等多方面,工作中应注意总结和归纳,做到全面分析、综合权衡,及时发现设备的异常情况并采取正确的处理方式,作出准确的试验结果判断。在实际运行中,还须强化设备运行监管、技术监督,及时发现电容器的潜在故障,提高电力系统设备的供电可靠性,保障电网的安全、稳定、经济运行。