中国期刊网www.qikanchina.net 低压无功补偿电容器损坏原因分析及抑制措施 广东佛山摘要:本文先是分析了低压无功补偿装置中电容器损坏的一般原因,并对 影响电容器寿命的因素进行了较为深入的分析,然后针对近年郴州地区电容器的 损坏事故进行了统计分析,提出了相应的改进措施。 关键词:电力电容器;谐波;抑制措施;使用寿命;10kV 引言 电力电容器是无功补偿装置的主要部件, 可以提高功率因数,减少压 降,因此,在电力系统中得到广泛运用。 但电容器损坏事故在各个供电企业时有 发生,给企业造成了很大损失,但由于电网电压和电流的暂态特性,以及开关重 燃,谐波放大等难以捕捉,判定电容器损坏的真正原因比较困难。 为了解决电容 器频繁损坏的局面,挽回企业的经济损失,我们对电容器故障的原因进行了具体 分析,并提出了相应的解决办法。 电容器损坏常见原因分析目前, 对并联无功补偿电容器损坏原因的分析研究比较多,主要可分 以下几类: (1)电容器在投切过程中产生了过电压和过电流,受过压和过流的频 繁冲击而损坏; (2)系统中的谐波在无功补偿装置中受串并联谐振而放大,导致电容 器上谐波电压增大,内部损耗增大,温升急剧攀升,最终导致电容器损坏; 整定值错误或配置有缺陷,不能切实的对电容器进行有效保护; (4)电容器自身质量较差,已经超过使用年限。 对原因中的(4)只能通过对厂家提高要求来预防,我们主要针对电容 器在投切时的暂态冲击以及谐波放大等方面进行具体研究分析,并给出相应改进 措施。 1.1 电容器使用寿命与运行中电压电流的关系 电容器的使用寿命主要是由绝缘介质的老化程度决定,而介质的老化主 要是受电场力的影响,因此加在电容器上面的运行电压直接影响电容器的使用寿 中国期刊网 www.qikanchina.net 命,如果电容器的实际使用电压如果长期高于其额定电压,将大大降低其使用寿 电容器介质温度也是影响电容器使用寿命的关键因素,且电容器内部 介质温度越高,使用寿命就会越短,而温升一般是由内部电流过高及通风不良造 由以上分析可以得出结论,电容器的损坏的因素实际上就两个:实 际运行电压;流经它的电流值。 1.2 无功补偿装置投切过程中对电容器的影响 无功补偿装置和低压电网的单相等值电路图可用图 构成无功补偿装置,S 为自动投切开关,e(t)表示低压母线电压。 则经仿真计算后可得出如下结论: (1)在母线电压为最大值时合闸,电容器中将出现最大的合闸过电压 和过电流,当母线电压为零时合闸,有最小的合闸过电压和过电流; (2)串联电抗L 值越大,过电流幅值越小,当电抗值增加到一定程度 后,对过电流的抑制效果就不再很明显; (3)无论分闸时两相电弧重燃还是三相重燃,在电容器上都会产生过 电压,重燃次数越多,过电压越高,这极易造成电容器的损坏。 最严重的情况是 当电容器的残压与电源电压极性相反时合闸,这时断路器出口处电压最大,很容 易发生振荡过程比较剧烈的电弧重燃,出现过大的振荡充电电流,造成电容器及 限流电抗器的烧坏甚至爆炸。 1.3 谐波对电容器运行性能的影响 谐波对电容器的影响表现在以下方面: (1)对于同一系统 ,如果电抗率选择不当 ,会使某条低压负荷线路所 产生的谐波电流在电容器回路与系统阻抗之间发生并联谐振,电容器中流经的谐 波电流会很大,对电容器的安全运行造成极大危害。 当电抗率使电容支路在最低 次谐波频率下呈现感性时,可消除谐波放大现象,因此通过选择合适的串联电抗 器就可避免谐波放大。 (2)当高次谐波电流流入电容器时,一方面会使得电容器两端的电压 发生畸变,峰值增大,谐波次数越低,电压就越高,长时间会严重影响电容器的 使用寿命,使电容器损坏。 另一方面,谐波电流进入电容器会使电容器实际容量 增大,实际容量等于基波容量和谐波容量之和,谐波次数越低,实际容量就会越 大,极易造成电容器过热,缩短使用寿命。 同时,谐波电流进入电容器内部载流 中国期刊网 www.qikanchina.net 体会使铜损增大,温升增大,如果补偿装置的布置方式为室外防护箱形式,因内 部空间小,不利于巡视和通风,所以室内温度会很高,这也将缩短电容器的使用 寿命,使电容器损坏,另外高次谐波电压还有可能击穿电容器。 1.4 保护装置不完善及其他因素 如果不安装电容器专用避雷器, 无功补偿电容器就很容易在雷雨天气 时因大气过电压和日常的操作过电压发生对地绝缘击穿的现象或是大大降低其使 用寿命。 另外,如果 10kV 线路是带有自动重合闸装置, 电容器的控制设备是普 通的跌落式熔断器,这样重合闸过程中就很有可能产生很大的涌流、谐波,加之 熔断器动作电流较大,故不能有效的保护电容器。当然如果电容器过压保护和欠 压保护的定值整定不够合理,也会造成电容器的损坏。 电容器必须具有良好得密闭性, 如果电容器在运输、贮藏、安装和运 行中出现渗漏油、瓷瓶损坏等密封性破坏现象,电容器内部的介质就会受到大气 的污染,介电性能迅速恶化,在运行中很容易损坏。 雷雨天气时产生的大气过电 压和操作过电压以及控制开关得质量都会影响电容器的使用寿命。 改进措施2.1 加装专用避雷器和限流电抗器 如果变电站没有安装专用避雷器或是安装的是线路用避雷器则要在电容 器进线端安装专用的避雷器,型号可为具有复合绝缘外壳得金属氧化物避雷器, 也可为瓷质外壳的并联电容器专用金属氧化物避雷器或是碳化硅避雷器,且应安 装在电容器进线端。 目前避雷器大都是采用星形接法,这样只能将电容器组对地电压和相间 电压限制在残压水平以下,对于电容器组极间过电压起不到保护作用,所以可以 采用限流电抗器串联在电容器组之前,接线图如图2 所示:QS 为隔离开关, KM1~KM4 自投切开关,L1~L4 为干式串联铁心限流电抗器,这种接线方式可以有 效降低开关自动投切时产生的过电压和过电流流对电容器的冲击。当电抗器采用 可调电抗器并按照如下原则配置,则可对操作过电压、过电流及谐波放大起到较 好的抑制作用。 (1)五次以上谐波时电抗率取14%可有效抑制谐波谐振放大,减少谐 波对电容器的损害,同时可很好的限制合闸电流。 (2)在分闸操作前,将电抗器调整到零,可降低出口电压,减少电弧 (3)当进入稳定运行后,如果谐波含量较少,可以将电抗器电感值调到零,以便电容器发挥最大的无功补偿效果。 2.2 其他措施 中国期刊网 www.qikanchina.net (1)现在各个厂家生产的并联电容器,其内置放电电阻要经过10min 才能将剩余电压降到10%以下,而线路重合闸的时间一般为0.5~3.5s,因此,种 情况下合闸送电会对电容器造成很大的冲击,频繁发生会加速电容器绝缘介质的 损坏,为此,一般规定容量在160kVar 以上的电容器组,应装设无压时自动放电 装置,并且电容器组的开关不允许装设自动重合闸。 另外,对于不带自动重合闸的线路,要在停电10min 之后再合闸送电, 避免因电容器残压过高,并和电网电压叠加,造成对电容器的冲击。 (2)对于无功补偿装置加强巡视,定期清扫、测温和试验。 如果无功补偿装置是在室外的防护箱内,要安装测温装置和自启动风机。 结束语电力电容器是电力系统无功补偿系统的主要部件,其安全可靠运行显得 十分重要,然而实际运行统计结果显示,电容器的损坏频率很高,给供电企业造 成很大的经济损失,也增大了检修工作强度。因此,无功补偿装置在设计时要充 分考虑电容器的配置,选用专用的避雷器和熔断器,采用合适的接线方案,选配 合理的电抗器,避免出现谐振引起谐波放大,在投切电容器的时候尽可能降低引 起的过电压和涌流。 参考文献 [1]徐荣琦,张树民,滨海地区10kV 线路电容器损坏原因简析及改进办法, 电力电容器与无功补偿,2009,2(30).