广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523000
摘要：电容器作为无功补偿的重要设备之一，对控制系统电压符合设计规范要求提供保障。为保障供电规范性以及供电的质量，文章通过某站发生的问题，就35kV电容器组差压保护动作跳闸事件进行分析，并对电容器组存在的问题及处理过程进行简单的介绍，提出了预防措施，以避免类似问题的发生，供大家参考。
关键词：电容器；系统电压；差压保护动作跳闸；谐波
随着我国经济的持续稳定发展，社会对电能的需求越来越大，社会用电负荷不断增长，电网建设规模继续增大，用户对电能的可靠性、稳定性及电能质量的要求也越来越高。电容器装置是电力系统无功补偿、提高电能质量的重要装置，有效排除电容器组的各种缺陷，提高电容器装置日常可投率，是电力检修、保障供电质量的一项重要工作。
1 事件简介
2014年10月，某变电站35kV1号电容器配置差压保护连续4天内发生3起差压保护跳闸事件，变电站35kV系统为分列运行，具体情况如下：
（1）10月18日11：21，变电站35kV1号电容器Ⅰ组电容器开关因差压保护动作跳闸，11：24Ⅱ组电容器开关也因差压保护动作跳闸，经现场检查Ⅰ组C相5号熔丝熔断，Ⅱ组C相6号熔丝熔断，于当天停役作更换熔丝处理。
（2）10月19日，35kV1号电容器Ⅱ组电容器开关、Ⅰ组电容器开关于11：18和11：21因差压保护动作先后跳闸，现场检查Ⅰ组C相5号熔丝熔断，Ⅱ组C相6号熔丝熔断，于10月20日进行更换熔丝处理。
（3）10月21日，35kV1号电容器Ⅱ组电容器开关、Ⅰ组电容器开关于11：19和11：20因差压保护动作先后跳闸，现场检查Ⅰ组C相3号熔丝熔断，Ⅱ组C相4号熔丝熔断。
2 故障范围的分析
2.1 差压保护原理及分析
差压保护就是电压差动作保护，原理就象电路分析中串联电阻的分压原理。通过检测同相电容器两串联段之间的电压，并作比较。当设备正常时，两段的容抗相等，两者压差为零。当某段出现故障时，由于容抗的变化使各自分压不相等而产生压差，当压差超过允许值时，保护动作。这主要是用于避免单相电容器个别元件短路、击穿、断线等故障退出运行后事故的扩大。内部元件故障靠熔丝来隔离故障，本次事件中，单个熔丝熔断后，引起了非故障相电容器及故障相中健全元件电压的升高，因此导致了差压保护动作。
2.2 电容器内部常见故障及判断
熔丝熔断的原因有很多，最为常见的是电容器内部故障。实际运行中具体表现为：
（1）渗漏油。并联电容器渗漏油是一种最常见的异常现象，渗漏油的主要原因是出厂产品质量不良，运行维护不当，长期运行缺乏维修，外皮生锈腐。经现场观察，本次故障所涉及电容器并无此现象。
（2）外壳膨胀。主要原因是：在高电场作用下，电容器内部绝缘发生游离而分解出气体。部分元件击穿，电极对外壳放电，密封外壳内部对外压差逐渐增大。经现场观察，本次故障所涉及电容器并无此现象。
（3）瓷瓶表面闪络放电。主要原因是绝缘存在缺陷、表面脏污等。经现场检查，1号电容器组并无表面脏污，是否存在绝缘缺陷需经绝缘试验后方可确认。
（4）电容量的影响。电容量的变化会影响容抗大小，从而造成差压保护的动作。电容量是否变化需经试验后方可确认。
因此必须对1号电容器组进行绝缘电阻和电容量试验，才能确定故障具体原因。在对1号电容器组各相电容器进行试验后发现，绝缘电阻值和电容量都在标准范围内，因此可以判定：熔丝熔断并非电容器内部故障所致。
3 谐波对电容器的影响
在电网中安装电容器等无功补偿设备以后，设备不仅承受电网工频电压，产生工频电流，在电网非正弦用电设备谐波源的作用下还会产生高次谐波电流，电容器是在工频电压源和高次谐波电流源这2种不同性质的电源下工作。由于电容器是容性电抗，在与感性电抗并联时，由用户谐波源流入电容器的谐波电流将发生变化。此外，畸变的电压会使电容器产生额外的功率损耗，严重时会引起发热、局部放电，导致电容器损坏。
另外，该事件中差压保护动作时间都在11：20左右，其中10月20日开关未跳闸，是因为11：20左右时2组电容器均在检修状态，并未投运。因此可以假设是电网中某周期性负荷的谐波分量造成电容器的熔丝烧断。
3.1 并联电容器组的谐波放大效应
由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。所谓谐波放大，如图1所示，是指电容器组投入后，由于电容器组的谐波阻抗是容性的，就会在电源或电容器回路中，通过比谐波源产生的谐波电流还要大的谐波电流。当电源阻抗与电容器阻抗构成谐波谐振条件时，更会使谐波电流异常扩大，同时造成系统谐波电压的增大。
3.2 谐波源的确定
谐波源是指向公用电网注入谐波电流或在公用电网中产生谐波电压的电气设备，电力系统中电力电子装置是最主要的谐波污染源，如以变频器为代表的装置。事件发生时变电站运行方式为35kV系统分裂运行，Ⅰ段母线上接有A3154线，B3887线，C，D共4条出线。其中B3887线一直处于冷备用状态，C在事件发生的4天中并无负荷，D是接发电厂的线路，当时也无负荷，因此可以排除三者是谐波源的可能性。为进一步确认，仅需对A3154线进行试验分析。
通过分析10月18日A3154线电流遥测量曲线（见图3）可以发现，每晚10：00过后，A3154线的电流有效值由0A短时间增加至600A以上，而电容器组的熔丝也是在此时间段熔断的。35kV1号电容器组的熔丝烧断极有可能与A3154线的用户有关。因此可以设想：当有一定量的谐波进入变电站35kVⅠ段母线时，由于1号电容器的放大作用，其谐波电流值超过整定值，从而导致其熔丝熔断。而A3154线上恰好接有大用户某金属制品有限公司，由于其铸钢连轧机组为非线性负载设备，极有可能是电网出现谐波的主要原因。
3.3 电能质量分析
3.3.1 电压质量分析
通过试验记录反映，35kV母线曾监测到多达200次的暂态电压事件。图4中可以发现，在10月27日21：58，35kVⅠ段母线的A，B，C三相电压的波形发生了明显的畸变，其中6次、次谐波电压畸变率超过了1.2%的门槛值，威胁电网的安全稳定运行。
3.3.2 电流质量分析
通过对A3154线间隔的电能质量测试，谐波电流的超标较为严重。表1为3154线的谐波电流测试数据，由表1可见，35kVA3154线谐波电流以6次、7次、9次、10次为主，其中6次、8次、9次、10次谐波电流分别超过了国标规定的限值。根据如图5所示的电流波形不发现，A3154线用户的负荷电流具有较大的冲击波动性，生产期间电流波动较大，且A，B，C三相电流波形带有明显的畸变。
当谐波次数接近9次时，变电站35kV系统容易出现并联谐振，电容器支路的谐波电流将被放大到较为严重的程度。A3154线用户是变电站35kVⅠ段母线谐波的主要来源，其6次、8次、9次、10次谐波电流均超标，且均接近系统并联谐振时的谐波次数。用户在启动非线性负载设备时，流过电容器组单个电容器的谐波总有效值达28A，超过熔丝熔断值25A，因此导致电容器的熔丝烧断。单个熔丝烧断引起了非故障相电容器及故障相中健全元件上电压的升高，继电保护设备差压继电器启动，最终使得35kV1号电容器保护动作跳闸。
针对该问题，建议采取以下处理方法：
（1）在谐波源处进行谐波治理。谐波的就地治理是较为常用的方式，开展用户某金属制品有限公司现场消谐装置的专项检查，主要是对谐波试验中发现超标的6次、8次、9次和10次谐波设置滤波回路，确保控制在国家标准允许范围之内。
（2）在微机保护上加入针对谐波分量的保护类型。为避免高次谐波分量对电容器组的危害，可在谐波较为严重的变电所内加入电容器谐波保护。目前常用的谐波保护主要有单次谐波过电压保护、单次谐波过电流保护、电流波形总畸变率保护和电压波形总畸变率保护。
5 结束语
总之，电力工业是关系到国计民生的基础产业。电网安装电容器是用于补偿无功功率和提高功率因素，电容器发生故障会影响电力系统电能质量和威胁电力系统的安全可靠运行。本文介绍了变电站电容器组差压保护动作事件问题出现的原因，并在原因分析的基础上，给出了相应的处理方案。其中处理的思路方法以及处理措施可供类似问题的处理提供经验借鉴。
参考文献：
[1]滕焕秀. 35kV电容器组不完全击穿保护动作跳闸计算分析[J]. 电工技术，2017（2）：64-65.
[2]胡志贤，杨克明，赵晓红.35kV电容器组差压保护动作问题分析[J].科技与企业，2012（3）：103-103.
论文作者:黄积优
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/2
标签：电容器论文; 谐波论文; 电流论文; 电压论文; 电网论文; 动作论文; 故障论文; 《基层建设》2017年第21期论文;