隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積也在不斷擴(kuò)大，這就要求解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損耗、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，電壓質(zhì)量與無功密不可分，解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。
電力電容器是變電站及用戶的主要設(shè)備，在電力系統(tǒng)中的主要作用是補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)改善電壓品質(zhì)，減少線路的損耗，提高電網(wǎng)輸送電能能力。電力電容器大量裝設(shè)在各級變電站和線路上。對于110kV及以上變電站，電容器的補(bǔ)償容量可按變壓器容量的10%～30%確定。本文主要介紹變電站電容器的運(yùn)行維護(hù)與故障處理。
1、嚴(yán)格控制電容器的運(yùn)行電壓、電流、環(huán)境溫度
1.1運(yùn)行電壓
運(yùn)行中電容器內(nèi)部的有功功率損耗由其介質(zhì)損耗和導(dǎo)體電阻損耗組成，而介質(zhì)損耗占電容器總有功功率損耗的98%以上，其大小與電容器的溫升有關(guān)，可用下式表示：P=Qtanδ=ωCU2tanδ=0.314CU2tanδQ=0.314CU2 式中，P為電容器的有功功率損耗(kW)；為電容器的無功功率(kvar)；tanδ為介質(zhì)損失角正切值；ω為電網(wǎng)角頻率(rad/s)；C為電容器的電容量（μF）；U為電容器的運(yùn)行電壓（kV)。由公式可知：當(dāng)運(yùn)行電壓超過額定值將使電容器過負(fù)荷，運(yùn)行電壓分別為電容器額定電壓的110%或120%時(shí)，無功功率就分別增加了21%或44%;而電容器運(yùn)行電壓比額定值低，則降低了無功出力，如運(yùn)行電壓為額定電壓的90%時(shí)，無功功率降低19%，使容量沒有充分利用，也是不經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)運(yùn)行電壓升高，使電容器發(fā)熱而且溫升也增加。由于電容器中介質(zhì)損失引起的有功功率損耗P=ωCU2，tanδ也隨著電壓值的平方變化，損耗經(jīng)轉(zhuǎn)換為熱能而被消耗的，運(yùn)行電壓升高，發(fā)熱量也明顯增加。電壓太高，還容易導(dǎo)致熱擊穿，造成電容器損壞。另一方面，電容器的壽命隨電壓的升高而縮短，在高場強(qiáng)下，絕緣介質(zhì)老化加速，壽命縮短。因此電容器運(yùn)行電壓原則上等于額定電壓，并嚴(yán)格控制在一定的范圍以內(nèi)，以保證電容器的安全運(yùn)行。
《變電站運(yùn)行規(guī)程》中規(guī)定“電容器長期運(yùn)行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.1倍。”在運(yùn)行中應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視電容器的運(yùn)行電壓，超過規(guī)定電壓時(shí)應(yīng)退出電容器組的運(yùn)行。在選擇安裝電容器組時(shí)也要考慮防止電容器發(fā)生過電壓運(yùn)行，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平選用合適的額定電壓的電容器。當(dāng)每相的電容器由幾個(gè)單臺電容器處于長時(shí)間過電壓狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在安裝時(shí)盡可能選擇電容值差別小的串聯(lián)在同一相上，并做到三相間電容值差不致過大（不超過5%）。目前，黃石供電公司大多數(shù)變電站安裝運(yùn)行的電容器組10kV的電容器額定電壓一般選擇的。
1.2過電流
近年來，隨著大型電弧爐、整流設(shè)備、家用電器等非線性用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用（如我公司的220kV石扳路變電站所供負(fù)荷就有許多大型煉鋼爐、軋鋼設(shè)備），各種諧波源產(chǎn)生的高次諧波電流注入電網(wǎng)，從而引起電力系統(tǒng)的電壓和電流波形的嚴(yán)重畸變。電容器對高次諧波最敏感，因?yàn)楦叽沃C波電壓疊加在基波電壓上不僅使電容器的運(yùn)行電壓有效值增大而且使其峰值電壓增加更多，致使電容器因過負(fù)荷而發(fā)熱，并可能發(fā)生局部放電損壞，高次諧波電流疊加在電容器基波電流上使電容器電流增大，增加了電容器的溫升，導(dǎo)致電容器過熱損壞。
電容器對電網(wǎng)高次諧波電流的放大作用十分嚴(yán)重，一般可將5～7次諧波放大2～5倍，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)接近諧波諧振頻率時(shí)，高次諧波電流的放大可達(dá)10～20倍。因此，不僅須考慮諧波對電容器的影響，還需考慮被電容器放大的諧波損壞電網(wǎng)設(shè)備，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：①電容器能承受100倍額定電流的涌流沖擊，但每年這樣的涌流沖擊不應(yīng)超過1000次；②電容器允許1.30倍額定電流下長期運(yùn)行，也即允許長期承受超過額定電流的30%的電流，其中，工頻過電壓引起的占10%，諧波過電壓引起的占20%；③對于電容量最大正偏差10%的電容器，其過電流允許值，可寬放至1.43倍額定電流。在實(shí)際的供電網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)行電壓的升高和電源電壓中的諧波往往是同時(shí)存在的。如果要求電容器的實(shí)際無功功率不超過額定無功功率的1.35倍，則允許運(yùn)行電壓升高和允許某次諧波分量的大小兩者之間是互相限制的。在電容器運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重過電流現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行具體分析找出過電流的原因。若運(yùn)行電壓太高，可調(diào)整變壓器分接頭或在電壓過高時(shí)將電容器退出運(yùn)行，如電流增大卻沒有伴隨電壓增高時(shí)，說明存在高次諧波電流，應(yīng)采取限制諧波的措施：①在電網(wǎng)諧波量較高處安裝諧波監(jiān)視儀，以監(jiān)視分析諧波情況；②安裝串聯(lián)電抗器；③變更系統(tǒng)。有條件時(shí)，將電力電容器改接在短路容量大的電源系統(tǒng)，以避開諧振點(diǎn)；④安裝無功補(bǔ)償容量應(yīng)比計(jì)算補(bǔ)償容量至少小5%，目的是避免功率因數(shù)達(dá)到1發(fā)生諧振。
1.3環(huán)境溫度
電容器和其他大部分電氣設(shè)備(變壓器、發(fā)電機(jī))不同，它通常都是在滿負(fù)荷下較長時(shí)間運(yùn)行的，而其他電氣設(shè)備則負(fù)荷隨時(shí)變化。因此，環(huán)境溫度對電容器的運(yùn)行溫度影響很大。有試驗(yàn)表明，當(dāng)溫度升高10℃，電容器的電容量下降速度將加快一倍。電容器長期處于高電場強(qiáng)度和高溫下運(yùn)行將引起絕緣介質(zhì)老化和介質(zhì)損失角δ的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許值而發(fā)熱，縮短電容器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)，在高電場強(qiáng)度作用下導(dǎo)致電容器熱擊穿而損壞。按照電容器的有關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，電容器的工作環(huán)境溫度一般以40℃為上限。反之，若溫度過低時(shí)，因浸漬劑粘度增加，流動(dòng)性、吸氣性變差，外殼內(nèi)部壓力下降，局部放電電壓降低，結(jié)果也會引起電介質(zhì)老化和擊穿，降低電容器的使用壽命。因此，一方面要選用其溫度類別與實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境溫度相適應(yīng)的電容器，另一方面在電容器的安裝使用中要特別注意電容器在實(shí)際使用工況下的通風(fēng)、散熱和輻射問題，使電容器在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量能即使散發(fā)出去，在高溫條件下降低電容器內(nèi)部的介質(zhì)溫度，以達(dá)到延長電容器實(shí)際使用壽命的目的。
2、電容器的巡視檢查、運(yùn)行維護(hù)
為了保證電容器故障率下降，必須加強(qiáng)電容器組的巡視檢查、日常維護(hù)工作。結(jié)合《供電公司變電站運(yùn)行規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出以下一些有效措施：外殼各部是否滲漏；外殼是否鼓肚，膨脹量是否超過正常熱脹冷縮的彈性許可度；室外電容器組未涂冷鋅的還應(yīng)檢查外殼油漆是否脫落、生銹，當(dāng)脫落或生銹較嚴(yán)重時(shí)可涂冷涂鋅解決；套管是否清潔，完整，有無裂紋，放電現(xiàn)象;引線連接處，各處有無松動(dòng)，脫落或斷線，發(fā)熱變色。電容器容量與熔斷器容量的配置必須相符等。嚴(yán)禁電容器帶病運(yùn)行。
應(yīng)保證電容器不受油、水、雨、雪的侵蝕，不受日光直曬。電容器室應(yīng)有良好的通風(fēng)，室內(nèi)溫度應(yīng)滿足制造廠家規(guī)定的要求，無規(guī)定的，一般運(yùn)行環(huán)境溫度范圍應(yīng)控制在±40℃。運(yùn)行中電容器出現(xiàn)不正常的異響時(shí)，說明內(nèi)部有局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)退出運(yùn)行。另外，當(dāng)電容器噴油或起火、接頭嚴(yán)重過熱、套管嚴(yán)重放電閃絡(luò)時(shí)，都必須將電容器停止運(yùn)行。電容器停電安全技術(shù)要求：①斷開開關(guān)，拉開兩側(cè)刀閘；②放電至少3min后，驗(yàn)明無電推上接地刀閘；③為防止操作過電壓，電容器與變壓器或饋電線路停、送電時(shí)，禁止同時(shí)投切。
接地應(yīng)良好，運(yùn)行中每月應(yīng)對放電電阻及其回路進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)是否良好。停電檢查工作，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行《電工安全工作規(guī)程》，電容器接地前應(yīng)逐相充分放電，星形接線電容器的中性點(diǎn)應(yīng)接地，串聯(lián)電容器及與整組電容器脫離的電容器應(yīng)逐個(gè)放電，裝在絕緣支架上的電容器外殼也應(yīng)放電。
正確進(jìn)行電容器的投切操作。電容器的投入或退出，應(yīng)根據(jù)母線電壓曲線或按定值由無功自動(dòng)投切裝置來實(shí)現(xiàn)。在投入電容器運(yùn)行前，應(yīng)檢查電容器保護(hù)在加用位置。正常情況下電容器開關(guān)處在熱備用狀態(tài)，投入后應(yīng)認(rèn)真檢查開關(guān)位置及電流電壓變化情況。投切方式目前主要有兩種，一種是通過電壓無功綜合控制裝置進(jìn)行自投切，另一種就是由運(yùn)行人員根據(jù)調(diào)度部門頒發(fā)的電壓曲線來進(jìn)行。例如，我公司調(diào)度部門每天早上負(fù)荷高峰期對一些220kV變電站下達(dá)投入兩組電容器的命令，到了晚上負(fù)荷低谷期下達(dá)切除兩組電容器的命令。
3、電容器在運(yùn)行中的常見故障及應(yīng)對措施
電容器運(yùn)行時(shí)的電壓允許范圍：電容器必須能在1.05倍額定電壓下長期運(yùn)行，并在一晝夜中，在最高不超過1.1倍額定電壓下允許運(yùn)行時(shí)間不超過6h；當(dāng)周圍空氣溫度24h平均最高值低于標(biāo)準(zhǔn)10℃時(shí)，電容器能在1.1倍額定電壓下長期運(yùn)行。電壓升高也會引起電容器的過流。電容器應(yīng)能在1.3倍過電流情況下長期工作，運(yùn)行中超過規(guī)定時(shí)應(yīng)將電容器退出工作。運(yùn)行中的電容器出現(xiàn)不正常的異響時(shí)，說明內(nèi)部有局部放電現(xiàn)象產(chǎn)生，電容器滲漏油、外殼鼓肚，膨脹的現(xiàn)象時(shí)，有可能是由于運(yùn)行溫度過高、運(yùn)行電壓過高或高次諧波引起過電流，應(yīng)立即將電容器退出運(yùn)行，查明具體原因，找出對策。
當(dāng)電容器的熔斷器熔絲熔斷時(shí)，應(yīng)向值班調(diào)度員匯報(bào)，待取得同意后，再斷開電容器的斷路器。在切斷電源并對電容器放電后，先進(jìn)行外部檢查，檢查電容器是否鼓肚、過熱、開裂、以及熔絲元件熔斷狀況。如未發(fā)現(xiàn)故障跡象，可換好熔斷器熔絲后繼續(xù)投入運(yùn)行。如經(jīng)送電后熔斷器的熔絲仍熔斷，則應(yīng)退出故障電容器，并恢復(fù)對其余部分的送電運(yùn)行。對于電容器組而言，每只電容器都有單獨(dú)的熔斷器。所以，當(dāng)某一只電容器故障時(shí)，其熔絲熔斷，不致影響其他電容器，熔絲可按1.5～2.5倍額定電流選擇。
合閘投入電容器前，必須放電完畢，禁止電容器帶電荷時(shí)合閘。保護(hù)裝置自動(dòng)跳閘后，電容器不得強(qiáng)行合閘送電，要判明原因并經(jīng)處理后再投入運(yùn)行。另外，電容器上不允許安裝自動(dòng)重合閘裝置。當(dāng)電容器噴油、著火時(shí)，應(yīng)立即斷開有關(guān)設(shè)備的電源，并用沙子或干式滅火器滅火。此類事故多是由于系統(tǒng)內(nèi)、外過電壓，電容器內(nèi)部嚴(yán)重故障引起的。
信息來源：www.ewkbg.com 信息整理：拓普電氣生技部
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