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摘要：近些年来，电力能源需求量与日俱增，大大推动了电力事业的高速发展。煤矿是用电大户，电力系统的稳定运行对煤矿安全生产意义重大，在变电站的电力设备中，电容器是其重要组成部分，随着电力系统中投运的电容器数量逐渐增加，受运行因素和其他原因影响，电力电容器经常会出现被击穿的现象，对电力系统运行安全以及工作人员人身安全造成威胁。
关键词：变电站；电容器；防击穿
引言
电容器是箱式变电站无功补偿的关键电气元器件。由于其制造工艺缺陷、安装、维护不当和运行条件恶劣等因素，电容器鼓肚、爆裂等问题持续发生，对电网的安全运行构成极大威胁。目前，对电容器故障的分析主要针对现场勘察状况、运行数据、返厂检查等方面，而较少有人采用微观理论分析电容器绝缘性能下降机理、局部放电和器身过热等现象。
1电容器击穿的原因分析
由于电力电容器长期处于运载状态，经常会受到电网中各种非正常因素引起的过电流对电容器的冲击;当系统中电压、电流超越电容器的额定值时，将导致电容器内部介质损耗增加，造成过热加速绝缘老化，严重时会造成击穿。综合近年来变电站电容器被击穿的案例分析，主要原因有以下几种:
1)制造工艺不良，使用中绝缘损坏下降，造成电容器内部原件击穿;
2)电容器密封不良和漏油;
3)操作不当，带电荷合闸;
4)电容器组的布置和接线方式存在缺陷。
2变电站电容器防击穿改进设计
2.1十七区图法的应用
九区图法控制方法原理简单清晰，却没能综合考虑无功和电压之间的相互影响，容易造成电容器组和变压器投切振荡，装置调节反反复复频繁动作。为了克服传统九区图存在的弊端，本文提出了“十七区图”算法，是在九区图的基础上，再将1、3、5、7这4个容易发生投切振荡区域中每一个区划分为3个区域，并将采集到的高压侧无功、母线电压和无功上下限值、电压上下限值进行对比，同时制定新的电压和无功控制策略。这样的控制模式下，可实现只需一次调节便可达到调节的目标，避免了多次投切电容器组合调节分接头，以实现变电站系统电压无功的调整优化。
ΔUq—投切一组电容器组引起的电压最大变化量；
ΔUu—调节主变有载调压分接头引起的电压最大变化量；
ΔQq—投切一组电容器组引起的无功最大变化量；
ΔQu—调节主变有载调压分接头引起的无功最大变化量；
十七区图的控制策略如下：
10区功率因数正常，但电压越过上限，控制方法是降档位，若在最低档，则切电容器；11区功率因数正常，但电压越过上限，控制方法是切电容器；30区功率因数越过上限，电压正常，控制方法是电压优先原则，不操作；31区功率因数越过上限，电压正常，控制方法是电压优先原则，Q与Qmax很相近，不操作；50区功率因数正常，但电压越过下限，控制方法是投电容器；51区功率因数正常，但电压越过下限，控制方法是升档位，若在最高档，则投电容器；70区功率因数越过下限，电压正常，控制方法是电压优先原则，不操作；71区功率因数越过下限，电压正常，控制方法是电压优先原则，Q与Qmin很相近，不操作。
2.2安全防护
由于电容器组有着差异性接线，对此需要重点掌握好接地线的配设部位与数量，无论是放电、接地线安装还是验电都需要切实遵守安全操作规程，而且要做好安全防护工作，例如：穿绝缘服，利用安全作业工具工作，必须按照科学的流程和规范来操作；例如：放电操作是需要双手紧持接地线手柄的尾部，要严格把握好被检验部位和人体之间的距离，出现放电声音后，也要反复进行，直至声音彻底消失。电容器内部的断线、熔丝熔断时也要借助接地线来把两侧进行短接接地。电容上层构架的验电、放电，以及接地线添加等操作，必须切实按照安全高位作业规范来执行，严禁盲目攀爬、非法作业。带电作业过程中最关键的要确保人体和带电体之间的距离，要以保护人员安全为前提。一些电容器组放电压体现出次级，多数用来维持电容器差压保护，这一接线型的电容器，则要严加控制压变二次回路出现逆送电问题，电容器开始工作后，很容易出现附近间隔电容器带来很大的感应电流，一旦出现这一问题，则需要立即停止周围间隔低压电抗器的工作。
3实例分析
3.1改进前电容器组的布置和接线方式
以某集团公司35kV变电站为例，该变电站担负该集团公司南北供电网联系任务。该站的正常运行直接影响到矿井安全生产。2016年7月该站2号电容器2段跳闸，对2号电容器2段进行再合闸操作，均再次跳闸，显示保护电路保护跳闸，停电对电容柜进行检查，发现电容器损坏击穿。
图1为原来电容器的布置和接线方式，由图1可知，电容器组每相采用5只电容为389uF的电容器串联，每个电容器耐压为800V，串联后耐压共为4000V左右，总容量为77．8uF。通过电抗变压器L接成星星接线，分合采用高压接触器C并入6kV主回路，保护采用电压互感器B作为取样，一次为星星接线，电压互感器B一次的星点和电容器、电抗器星点相连，在正常工作状态下，电容器、电抗器星点和电压互感器B星点都为零。电压互感器B二次无输出J不动作，J1闭合控制为典型的启、保、停工作方式;C得电，电容器正常工作。当三相电容器任意一相发生短路或开路、电容容量偏移超过额定值时，使L星点偏移同时电压互感器B的星点不为零，电压互感器B二次为典型的开口三角，当电压互感器B不为零，电压互感器B二次有电压输出，电压继电器J动作，使J1点断开，高压接触器释放，从而保护电容器不至于故障扩大。
3.2改进方案
电容器发生故障后，首先切断高压电源、进行验电、放电、挂接地线，并对电容器进行放电，确保设备电容器不带电方可进行检修作业，工作前先断开220V控制电源，检查控制部分是否工作正常，正常情况下接触器C应该是按Q保持、按T断开，如不正常应检查接触器二次控制回路。
如果以上工作正常，并且在带电合闸时J跟着动作，说明故障出现在电容器、电抗变压器、电压互感器等线路上，应重点检查电压互感器和电容器，检查电容器最好使用电容表进行，可以准确测量出每个电容器的容量，经认真检查，确定出被击穿的电容器，并测量出其它电容器的容量。由于5个电容器串联没有采用任何均压措施，当电容器容量发生老化容量改变后，每个电容器所承受的电压不相等，从而使容量变小的承受电压较高而击穿损坏。根据对故障的分析，确定改进方案如下:
1)将原来低电压电容器串联方式改进为高电压电容并联，电容器采用4只BAM6．6/310021．92型电容器，电压为6．6kV，额定容量100kVar，电容容量21．92uF的高压电容器4组并联。通过使用高电压电容并联后，电抗器L接成星形连接，保留采用高压接触器C并入6kV主回路，既满足了电压要求，又提升电容器耐压，同时克服了电容器受压不均。
2)加装微机自动投切控制单元，加装“自动/手动”转换开关及分合按钮，方便现场操作。
结语
经过以上的改进，弥补了系统的缺陷，克服了检修过程中无法解决的问题，解决了电容器易被击穿的故障，提高了矿井的供电安全，给安全生产提供了保障，在保证设备正常运行下还能节约整体更换电容器的费用。采用本改进方案，只需用整体更换方案十分之一的资金，既节约成本，又提高效率，有一定的推广应用价值。
参考文献
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[2]DL/T664-2008.带电设备红外诊断应用规范[S].2008-11-01.
[3]万卫东.危险点预控分析[J].科学中国人，2016（29）：118-118.
论文作者:李春锐，邵长春，杨自龙
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/25
标签：电容器论文; 电压论文; 电压互感器论文; 功率因数论文; 变电站论文; 接触器论文; 星点论文; 《当代电力文化》2019年第10期论文;