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摘要：通过电容器组放电线圈爆炸实例，从设计和施工角度进行分析，通过计算分析爆炸的可能原因，最后得出结论。
关键字：电容器组；放电线圈；爆炸实例；二次回路；谐振过电压
并联电容补偿装置是用来吸收电力系统中的无功功率，提高系统功率因数的，也就是说并联电容器补偿装置的作用是提高感性负载线路的功率因数（cosΦ），主要是因为交流电流通过电感线圈时，电流（I）滞后电压（U）90°相位角，交流电流通过电容时，电流（I）超前电压（U）90°相位角。所以并联电容补偿装置的作用就是用电容的超前电流抵消因电感负载而产生的滞后电流，如计算得当，功率因数（cosΦ）可提高到1，即纯电阻负载。
其中C为电容器电容量
为电容器最大储能能量
由于电容器自身电阻高，不能自行放电至安全电压，需要装设放电器件进行放电。电容器放电方式有两种：一种是在电容器内部装设放电电阻，与电容元件并联；另一种在电容器外部装设放电线圈，与电容器直接并联。放电电阻及放电线圈均能满足对电容器放电的目的，但放电电阻的放电速度较慢，电容器断开后剩余电压大约需要5min才能由额定电压降至50V以下，而放电线圈的放电速度快，电容器断开后大约5s剩余电压可由额定电压降至50V以下，放电线圈的实际放电时间可按（2）式计算：
式中t放电线圈的放电时间（s）
放电回路的电阻，带二次负载放电时，应取放电线圈的一、二次绕组直流电阻与二次负载电阻之和；不带二次负载放电时，应取其一次绕组的直流电阻（Ω）
放电线圈所并接的电容器组或结合体的额定电容值（F）
放电回路的电感，带二次负载放电时，应取放电线圈的总漏感与二次负载电感之和；不带二次负载放电时，应取放电线圈一次绕组漏感与励磁电感之和（H）
单台电容器额定电压（V）
在运行时放电线圈作为一个电压互感器使用，其中一个二次绕组常接成开口三角，从而对电容器组的内部故障提供保护（不能使用母线上的PT的开口三角电压）。我们常说电容器组的开口三角形保护、不平衡电压保护，零序不平衡保护实际就是这种保护。而此种保护大量地用在10kV的单星型接线的电容器组中。
1、实际案例分析
某110kV变电站，变电站设置50MVA油浸式变压器2台，每台主变设置电压为10kV容量为5MVA的户外电容器组2组，每相电容器采用1串5并，电容器组单星型接线，干式空心串联电抗器电抗率为5%，在投运过程中合上1号电容器组068断路器，5分钟后，1号电容器组A、B、C相放电线圈炸裂，同时1号电容器组保护过流I段动作，跳开1号电容器组068断路器。爆炸后的A、B、C三相放电线圈见图1：
. 
图一 爆炸后的A、B、C三相放电线圈
2、放电线圈爆炸的可能原因
2.1谐振过电压
因并联电容器组呈容性，串联电抗器呈感性，当参数满足条件时，可能产生串联谐振，从而产生高电压引起放电线圈爆炸。
相关分析计算如下：
①根据GB50227-2017《并联电容器装置设计规范》，当分组电容器按各种容量组合运行时，应避开谐振容量，不得发生谐波的严重放大和谐振。
②发生谐振的电容器容量，可按（3）式计算：
n谐波次数，即谐波频率与电网基波频率之比
K电抗率
根据设计计算数据如下：10kV母线短路容量321MVA，电容器成套装置型号为TBB10-5010/334-AKW型，单台为BAM11/√3-334-1W三相15台。串联电抗器采用干式空芯电抗器，电抗率为5%。
基波时，按（4）式计算
=321 （1-5%）=304.95MVA （4）
3次谐波时，按（5）式计算
=321 （1 -5%）=19.62MVA（5）
5次谐波时，按（6）式计算
=321 （1 -5%）=-3.21MVA（6）
电容器分组容量为5MVA，经计算知电容器组不会发生1、3、5、7次谐振。
2.2放电线圈二次回路短路
放电线圈工作原理跟电压互感器一样，二次回路不能短路运行，电压互感器工作原理与变压器基本相同。基本结构主要由一次绕组、二次绕组和铁芯组成，一、二次绕组之间均有相匹配的绝缘措施，在正常情况下二次回路电压与一次回路电压成正比。放电线圈在电路中的符号如图2所示，一、二次绕组分别标记“●”的两个端子为同名端或同极性端。
图2 放电线圈原理图
从放电线圈的原理特性不难看出，其二次绕组不能短路或接地运行，二次电压的大小，与一次电压相关，二次电压产生的磁势，平衡一次电压产生的磁势。如发生二次回路短路故障，此时阻抗无限大，二次电压等于零、磁势也等于零，一次电压将全部用于激磁，使铁芯严重饱和，正弦交变磁通变为梯形波，二次绕组将感应较大的电流，磁饱和使铁损增加而发热，持续时间较长时，会使绕组的绝缘性能下降或烧毁。
3、爆炸原因和结论
3.1电容器组的设计如图3所示，满足GB50227-2017《并联电容器装置设计规范》及DLT5242-2010《35-220kV变电站无功补偿装置设计技术规定》等相关规范要求。
3.2根据计算不会发生谐振，且根据现场故障录波波形记录分析，10kV母线发生爆炸的时候没有产生谐振过电压，电容器接入电抗器后，电容器端电压升高，设升高系数为k，其放电线圈一次端电压计算方法如下：
三相电容器回路一般不存在偶次谐波，由于电源变压器有一侧为三角形接线，三次谐波在这个低阻抗线圈中循环活动，不流进电网，只要电容器母线上没有谐波源，很少有三次谐波。
电容器组串联电抗器可消除谐振、改善谐波电压、降低合闸涌流。则电容器的端电压按（7）式计算：
U 电容器接入母线电压
A 串联电抗器的电抗率
①基波过电压倍数K按（8）式计算：
当A=5%时，
②电容器的选择主要是对占分量最大的5次谐波，则K为
根据计算可以得出，电容器运行电压不超过额定电压的1.1倍，在允许范围内，由变电站故障录波装置记录，发生放电线圈爆炸时，5、7次谐波含量很小，所以谐振过电压不是造成放电线圈爆炸的原因。
3.3放电线圈二次回路短路
1号电容器组放电线圈二次回路原理图如图4所示：
图4放电线圈二次原理图
根据原理图可以看出，每个放电线圈二次侧有两个绕组，其中一个绕组用于放电指示，另一个绕组用于电容器不平衡电压保护，对放电指示回路每相带一个指示灯，因放电线圈三只都爆炸，放电指示线圈三个绕组同时短路的可能性很小，且放电指示回路带熔断器，当二次绕组短路时短路电流会使熔断器熔断，而消除故障，不平衡电压保护绕组三个绕组串联，当外部短路时，三只放电线圈二次绕组同时短路，三只放电线圈同时爆炸的可能性很大，具体分析如下：
图5电容器组接线图及放电线圈二次原理图
放电线圈一次绕组A端接于电源测，X端接于中性点侧，A、B、C三相均正确，二次绕组C相的x1接n601，a1接B相的x1，B相的a1 接A相的x1，A相的a1接L601，正常运行时电压相量如图6：
图中UA、UB、UC大小相等为57.74V，相位角互差120度，UA、UB、UC向量和接近0V（为三相不平衡电压）。
当二次极性端接反时（假设B相接反），电压向量图如图7所示：
图中UA、UB、UC大小相等为57.74V，A相电压超前B相电压60度，B相电压超前C相60度，三相向量和接近2UB（接近57.74×2=115.5V）。
综上所述，当开口三角L601和N601短路且放电线圈有一相二次绕组接反时，在开口三角回路有2UB电压产生环流，二次绕组发热，损坏绝缘，引起放电线圈爆炸。
3.4结论
①如放电线圈开口三角绕组未发生短路故障，只是其中一相（或两相）二次绕组接反，则开口三角会产生2U不平衡电压，电容器组不平衡电压保护动作，跳开断路器。
②如放电线圈开口三角绕组发生短路而未发生其中一相（或两相）接线错误，三相电压互差120度，大小基本相等，不平衡电压接近0V，环流接近0A。
综上所述，故障原因为放电线圈开口三角绕组二次短路，且放电线圈开口三角二次绕组其中一相（或两相）接反，2U电压在开口三角绕组中产生较大环流，绕组发热破坏放电线圈绝缘，引起放电线圈爆炸。
参考文献：
[1]GB50227-2017《并联电容器装置设计规范》
[2]电力工程电气设计手册电气一次部分
[3]DLT5242-2010《35-220kV变电站无功补偿装置设计技术规定》
论文作者:李刚1,周丽丽2,付昌奇3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：电容器论文; 线圈论文; 绕组论文; 电压论文; 回路论文; 谐波论文; 谐振论文; 《电力设备》2018年第32期论文;