关键词：电力电容器；爆炸；温升；击穿； 局部放电；过电压
0引言
电容器在电网内数量众多,并受到各类因素干扰,运行中也时有发生异常情况。电容器在运行中会由于各种原因发生爆炸,而且一台爆炸往往同时造成多台电容器的损坏。特别是矿物油浸电容器爆炸时,会严重损坏建筑物,其流油易引起火灾,为此,通常将电容器单独设置。日常工作中,只要掌握其爆炸的原因,采取措施,就可以防患于未然。
1爆炸原因
多台电容器并联使用时,如其中一台被击穿而又未能及时将其切除,则在电压峰值瞬间,并联的几台都向这台坏的电容器放电。运行环境温度过高、电网电压波形畸变、操作过电压、严重漏油等,都是移相电容器爆炸的主要原因。上述情况下,电容器内部元件被击穿产生剧热,使绝缘油分解出大量气体,壳内压力急剧增加。如箱壳承受不了增大的内部压力,则瓷套管和箱壳均可能发生爆炸。
1.1 管理理念落后及无先进的电容器实时监测技术
(1)值班人员未能及时发现故障隐患。如未能及时发现处理电容器瓷套管及外壳渗漏油,导致套管内部受潮、绝缘电阻降低造成击穿放电;无先进的监测技术不能发现内部发生局部放电等。
(2)保养不到位。如电容器温度过高,未采取降温措施,致使绝缘油产生大量的气体使得箱壁变形鼓肚;瓷瓶表面污秽严重,在电网出现内、外过电压和系统谐振的情况下导致绝缘击穿,表面放电,造成瓷瓶套管闪络破损。
1.2 电容器频繁投切产生频繁过电压的危害
为了将功率因数控制在较高水平,变电站无功自动补偿装置,无功经常性波动引起了电容器频繁投切。电容器投入电网时形成振荡回路,产生过电压和过电流。在频繁过电压的作用下,电容器的局部放电不断得到激发而加剧,其结果必然对绝缘介质的老化和电容量的衰减起促进作用。一般认为电压升高10%,寿命降低一半。国际规定电容器操作每年不超过5000次，在安装自动补偿装置后电容器组频繁操作,每年每台电容器操作次数为国际要求的3倍以上,加速了绝缘介质的变化,逐步发展到电击穿,最后电容器爆破以致引起火灾。
1.3 高次谐波的危害
谐波能导致系统运行电流、电压正弦波形畸变,加速电容器绝缘介质老化,降低设备使用寿命【1】。或因长期过热而损坏,特别是当高次谐波发生谐振时,最易使电容器过负荷、过热、振动甚至损坏。
1.4 电容器自身结构不合理、制造质量差以及安装不当
(1)选型不当。电容器电极对油箱的绝缘一般工艺、产品元件质量如绝缘材料质量差等是造成局部放电的原因,在电极边缘、拐角和引线接触处电场强度和电流密度都较高,容易发生局部放电和过热烧伤绝缘导致电容元件击穿。
(2)安装不当。如电容器组采用集中补偿，未安装风扇冷却装置等。
(3)保护不当。选用专门用来保护电容器防止电容器油箱爆炸的熔断器时,采用了熔断器熔丝的额定电流偏大;电容器组采用的不平衡或差动继电保护以及延时过流保护等整定值偏大,整定时间过长等。一旦电容器发生故障时不能起到保护作用,造成火灾爆炸事故的发生。
2 防止措施
2.1为防止事故扩大,电容器应配置熔丝加以保护
采用单台熔丝保护方式时,可按电容器额定电流的1. 5~2. 5倍选定;采用分组熔丝保护方式时,一般每组不要超过4台,其熔丝熔断电流按小组额定电流的1. 3~1. 8倍选定。运行表明,低压电容器的损坏率要比高压的低。对于高压电容器,为能及时发现问题,△形联结的三相上分别装有电流表监视。如发现电流出现严重不平衡,应检查哪一相熔丝断了,要将损坏的电容器退出运行。
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2.2正常运行中,应对电容器组采取适当的保护措施
如采用平衡或差动继电保护、短延时过电流继电保护等【2】。对于电压等级3.15 kV及以上的电容器必须在每个电容器上专门配置用来保护电容器的熔断器。该熔断器应能负担在电容器寿命期间或定期更换期间的操作时的涌流。涌流峰值应不超过100I(I为电容器的额定电流有效值)。高压网路中,短路电流超出20 A,且短路电流的保护装置或熔断器不能可靠保护对地短路时,则应采取单相短路保护装置。
2.3对电力电容器进行预防性试验
新的电容器和停止使用较长时间的电容器,在使用前应进行5~10 s的耐压试验。试验电压,见表1。试验前和试验后,都要测量电容。有缺陷的电容器不易从外观判断。除进行预防性试验外,运行中,加强巡视很重要。如发现仅有放电声、严重渗油、膨肚或严重发热、电压过高或电流不大等时,应及时退出运行并进行检测。
2.4将温升控制在允许范围内
运行中,电容器内部元件的最热点是在其元件的中心。要测量元件最热点的温度不容易做到。因此,只能从外壳的温度来间接监视元件的温升,若能在外壳的2/3高度处贴试温色片,则可以进行监视。事实表明,电容器在夏季损坏率高,电容器运行的环境温度不得超过40℃。如超过,应采用人工冷却(安装风扇或空调等)或将电容器与网路断开。
2.5系统电压波动不得太大
为使电容器正常运行,规定在不超过额定电压1. 1倍的情况下长期使用,并能在1. 15倍额定电压(瞬时过电压除外)下每昼夜运行时间不超过30 min。运行中,电容器的功率损耗和发热量随电压的平方增加。因此,电压过高将导致电容器的温度显著增加,使其寿命大大缩短。送电时,应先投入负荷电路,后投入电容器。电源电压过高时,应及时将电容器暂时退出运行。
2.6加强运行电流的监测
电容器组允许在其1. 3倍额定电流下长期运行,即运行中允许长期超过电容器组额定电流的30%【3】。其中, 10%是工频过电压引起的过电流,另有20%是由于高次谐波引起的过电流。因此,运行中的电容器应严格监视运行电流,一旦超限应及时将电容器组退出运行。
2.7防止带电荷合闸
操作过电压也极易损坏电容器。过于频繁操作对电容器组也是不利的。尤其要注意电网失压后重合闸时,会造成电容器组带电荷合闸。带电荷合闸时,如电源的电压极性相反,将造成很强的冲击,使多台电容器损坏,甚至发生电容器群爆。电容器组每次重新合闸,必须在开关断开电容器放电3 min后进行。运行中,每月都应检查熔丝和放电装置是否完好。为了保护电容器组,自动放电装置应经常与电容器直接并联(中间无断路器、闸刀开关和熔断器等),对具有非专用放电装置的电容器组(例如,高压电容器用的电压互感器和低压电容器用的白炽灯泡)以及与电动机直接联接的电容器组,可以不另装放电装置。电容器组每次从网路断开,其放电应该自动进行,并在10 min内将其额定电压的峰值剩余电压降到75 V或更低。
2.8注意电容器运行中最容易发生渗油和膨肚
渗油常发生在引出线套管部位,适当拧紧上螺帽以防渗油,不可轻易拆开套管的外瓷件。如无法消除渗油才可考虑拆开外瓷件。用汽油将零件擦净,更换耐油胶垫,并涂以环氧树脂胶合剂紧固。对于膨肚,电容器运行中的温升和环境温度变化,使浸渍剂体积热胀冷缩。这要依靠金属箱壁的变化来进行调节。制造中,虽已采用留隙或加气囊的补偿方法加以调节,由于严重发热使绝缘油分解而产生大量气体,箱壳内部压力增大,箱壁外膨,这就是膨肚。
2.9 减少投切次数
采取电容器组循环投切,同时延长自动补偿装置控制器的延时时间间隔,从而减少投切次数,使得每组电容器操作每年不超过5000次。
2.10 加强对电网高次谐波成分的管理
采取加装串列电抗器或滤波装置的方法对谐波加以抑制,提高电网供电质量。
3 结束语
在电力系统中，电力电容器是电网无功补偿重要元件,合理的控制运行电压、电流和温度环境等要素, 加强巡视检查，发现问题及时处理，可以有效的防火防爆，保障其长期有效运行，以提高电网经济稳定运行。
论文作者:杜晓平
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/12
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