一起10kV电容器组不平衡动作事件引起的思考

引言

在目前的电力系统中,要求无功功率尽量做到就近平衡,而并联电容器是最简单、最有效的无功补偿设备。考虑到电力设备绝缘及成本等问题,现在的电容器组一般应用在6kV、10kV、35kV、66kV等低电压等级系统中,接线形式一般可分为三角形、单星形桥形或宽双星形。总结经验可以知道,双星形的接线形式,电容器会有适用容量大和灵敏的特异性保护作用,同时电流的不平衡保护可以使得电容和电气之间的故障数据很快被识别并准确反映,这是双星形电容器组的主要保护形式之一。

本文针对珠海局近年发生的一起10kV并联电容器组不平衡电流保护动作跳闸原因进行分析,通过高压试验班对电容器组相关设备的电气参数测量来进行验证,最后提出了相关预控措施,为工程建设和电容器组的优化设计提供了参考和借鉴。

1事件概况

珠海局某220kV变电站供电区域主要是工业区,负荷很重,某年度内10kV电容器组发生了4次不平衡动作跳闸。

该电容器组采用双星形接线(图1),整个间隔均放置在户外,立体三排排列,为框架式并联电容器。厂家:桂林电力电容器有限责任公司:型号:GDw10/100:出厂日期:2010-10-15:投运日期:2012-08-30。

随着工业区逐渐发展,变电站负荷持续增大,运行工况也发生相应改变,电容器在运行中不断暴露问题,每次排查总会发生电容器电容量变化超标和熔丝烧断的情况,甚至出现过一次电容器鼓包的现象。

2故障检查过程

首先,由继保班人员进行检查,重点检查整定参数及二次回路的情况。

在二次系统没有问题的情况下,可由检修班人员检查电容器室相关刀闸、电抗器、电容器、PT、避雷器等设备的连接点情况,并作外观检查。

在以上两种情况下均未发现明显问题时,由高压试验班人员对相关电抗器、电容器、放电线圈、避雷器进行电气参数测量,用于判断是否合格。

在查阅了该变电站历次发生电容器组不平衡动作的情况(表1)后,发现大多是电容器电容量发生变化或熔丝烧熔造成的电压不平衡保护动作,仅有1次是由于其中1个支柱瓷瓶爆裂后由绝缘问题导致的保护动作。

3故障分析

3.1设备安装环境的影响

电容器组安装在户外,长期受风吹日晒雨淋,金属部分易腐蚀,寿命会缩短:且由于温差较大,而户外设备冷热交替更快,一些受力绝缘件受到应力改变的影响易爆裂:另外,本站后加装的电容器组自2012年投产至今已运行7年,且处在高负荷地区,恶劣的运行环境使得电容器组存在较大的安全隐患。3.2散热条件的影响

在夏季等高负荷季节,并联电容器组长时间投入,导致电容器本体一直处在较高的温度下运行:而其本身安装在较狭小空间中,各部件之间比较紧凑,导致散热空间不足,造成其内部绝缘性能劣化速度加快,发生故障的可能性也增大。

3.3谐波的影响

电容器的发热主要来自绝缘的介质损耗,介损的表达式为:

由上式可知,系统运行过程中的谐波含量越大,次数越高,对应的电容器发热也就愈加严重,同时介损大的电容器会特别不耐受高次谐波的不定性影响。在运行中,谐波会引起附加绝缘介质的不断损耗,从而加快组件的绝缘老化,严重时会直接导致电容器发生热击穿。

3.4熔断器质量的影响

根据我局近5年电容器故障的统计分析,由熔丝故障(尤其是外熔丝)引起的电容器组故障占到60%以上(图2)。

我局目前还存在一些不完全符合要求的熔断器,开断性较低,造成电容器误动甚至拒动的现象时有发生,还可能引起电容的群体性爆炸。

图2近年缺陷中各类故障类型占比

3.5电容器质量的影响

对近年来发生故障的电容器进行分析、检查、试验,发现这些电容器的绝缘电阻普遍偏低,电容值与额定值比较明显降低。同时,对箱壳鼓肚的电容器进行解体检查,发现其内部分单元存在击穿放电痕迹。经过统计分析发现,部分厂家生产的电容器绝缘水平低,内部存在水分或气泡,使极间电场分布不均匀,导致经常有局放等问题产生。

4预控措施

4.1电容量测试

严格按规程要求进行预试,预试时,除了准确测量每相整组电容器的电容值外,还应对电容器逐个测量检查,与电容器铭牌值及交接试验值进行比较。试验人员不能只按照南网检修试验规程要求的-5%～5%的容差允许范围对单台电容器进行判断,应综合考虑各个电容器电容值以及整个电容器组总电容值的变化情况。

4.2熔断器检查

运行人员日常巡视时应加强对电容器组熔断器的巡查,通过红外测温手段高效地对熔断器进行运行测试,可有效发现熔断器劣化后或部件连接处松动引起的发热,及时防止由于熔断器故障造成的电容器组保护动作。

4.3控制电容器组运行环境温度

电容器长期在高温环境下运行,会对其绝缘性能产生不良影响,加速绝缘老化。因此,应尽量优先把有条件安装在室内的电容器组安装在室内,且设置合理的通风装置:如因条件所限,无法在室内安装,应尽量保证电容器安装的散热空间,从而保障电容器组在用电高峰期长时间投入运行时的散热能力。对于室内安装的电容器组,需加装温控自动驱动通风装置,为电容器的安全运行提供一个良好的环境。

4.4防止谐波的影响

建议定期测量电网谐波,对故障频繁发生、三次谐波严重超标的电容器组进行改造。为达到抑制三次谐波的目的,可在10kV母线侧安装滤波装置。

5结语

并联电容器组作为目前优先采用的无功功率补偿装置,对电力系统运行十分重要。本文对珠海局某220kV变电站10kV并联电容器组不平衡保护频繁动作跳闸原因进行了分析,通过对电容器组相关设备电气参数的测量来进行验证,最后提出了相关预控措施,以确保电容器组安全稳定运行,提高电网安全稳定水平。