基于电力电容器过电压分析与仿真——由并联电容器内部元件故障引起的过电压分析论文_姜婧波1,范峰海2,张师萌3

（1.北京市城市照明管理中心北京 100078；2.中衡设计集团股份有限公司江苏苏州 215000；

3.北京林业大学北京 100083）

摘要：作为电力系统中最主要的无功补偿装置，电力电容器故障频发给生产生活带来诸多的不便，其中，最主要的故障是电力电容器运行过程中所承受的异常过电压。因此，为减少故障，提高电网运行的可靠性，对电力电容器过电压的分析研究显得尤为重要。本文结合电容器运行故障的具体情况，对造成故障的原因进行了详细的分析，对电容器内部电容元件击穿所导致的过电压情况进行研究，推导出完好相和完好电容元件所承受的过电压并对典型故障情况进行仿真。

关键词：并联电容器组；过电压；桥臂故障

绪论

近年来，电网中个别变电站中电容器组烧坏的情况时有发生，严重时会发生爆炸事故。此类的事故对电网的安全运行构成较大威胁，同时给国家的经济发展带来巨大损失。因此，探究电力电容器损坏的原因、损坏原理以及提出相应措施对电力系统的经济效益和安全运行都有重要意义。

1.国内外研究现状

目前国外以并联电容器为无功平衡和电压支撑、提高配电网功率因数的备用设备。从二十世纪末至今，国外多数国家采用分体式电容器组成电容器组投入运行，而采用集合式电容器组则较少。国内的研究主要针对个别站或特定的问题，例如电容器的保护熔丝特性的选择、保护动作原因的分析、谐波对电容器的影响、电容器的维护建设等。一些电容器相关厂家主要研究电容器材料、设计、散热以及生产工艺等制造方面的问题，而对产品的运行条件没有提供足够的重视。而用户主要是针对使用条件、事故分析等方面开展故障原因分析，制定反制措施。

2过电压理论分析

2.1导致电容器故障的原因

电容器的实际使用寿命是用户和制造商所关心的问题。根据国家标准，电容器制造厂应按照90%的产品能可靠运行20到30年的要求进行设计和生产。只有在国家标准和技术规定的条件下得到正确使用，电容器才具有较高的可靠性，并达到其预期的使用寿命。

并联电容器补偿装置的使用寿命与电容器本身的制造水平、使用条件有关，电网的运行参数、运行状态也对电容器有着一定的影响。具体包括：温度因素、谐波因素、产品制造因素以及电压因素。本文将着重分析由过电压导致的电容器故障。

2.2过电压种类

电容器运行中的工频过电压主要由于负荷变动或电压升高等因素引起的。电容器组的过电压保护是防止工频过电压危害电容器的重要技术措施。由于整定值偏低，给电容器留有很大的安全裕量。大气过电压主要是雷击造成的。可通过安装避雷器进行有效预防。电容器耐受的操作过电压基本上由其自身分合闸产生。切断电容器组时，由于电路中的电感一电容发生振荡从而产生操作过电压。当断路器切除电容器时，开关两触头间的的恢复电压超过开关断口绝缘的耐受能力，就会发生开关的重击穿。电容器如果没有经过充分放电而合闸，则过电压最高可达3倍相电压，经过阻尼作用也可达到2.7倍相电压。电容器被切除后，在电容器的端子间存有剩余电压电压，如果过早的将电容器再次投入运行，外外界施电压与电容器上的剩余电压相叠加，会产生高倍涌流和过电压。

2.3并联电容器耐压水平计算

3.2A相单桥臂故障

当发生单台电容器内部元件故障且外熔丝未熔断时：非故障相电容器电压上升幅度很小，均低于1.1倍长期允许过电压水平；故障相其他完好电容器电压幅值变化也非常小，未达到电容器低压保护整定值；某相单台电容器内部元件故障影响最大的是对故障相中非故障元件的影响：当1串元件发生故障时，过电压水平为1.315倍，此时外熔丝还不会熔断。当2串和3串发生击穿时，过电压倍数分别为1.92倍和3.556倍正常电压，这两种情况十分严重。

当单台电容器内部元件故障且外熔丝熔断时：故障相完好电容器电压：A相电容器组一台电容器发生故障，其他7台电容器所承受的电压略升高，升高幅度为正常运行电压的4.3%；非故障相电容器电压：若故障相电容器内部元件故障且外熔丝及时熔断，非故障相电压略低，降低幅度约为2.1%；故障性完好电容元件电压：当故障相发生串电容元件击穿故障，且外熔丝及时熔断，非故障电容元件的电压为外熔丝熔断时的电压，此时不会发生过电压。