10kV补偿电容器被击穿的探讨

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　　摘要：文章介绍了补偿电容器被击穿，讨论了过电压产生的种种情况，分析谐振过电压是造成事故的原因，指出仍需探讨的方向。
　　关键词：电容器；击穿；探讨；过电压
　　
　　 变电所低压侧设备都安装补偿电容，以满足电感设备对无功电能的需要。电容器作为无功补偿的一种电力设备，在实际应用中具有较大的经济价值和技术价值。然而，由于谐波、电容器开关、电容器与电抗器各种参数匹配等，在投切电容器过程中，往往产生各种过电压，导致电容器爆炸、损坏，进而影响其它电力设备的安全运行。下面就35kV某厂10kV电容器故障情况进行讨论。
　　1 电容器被击穿介绍
　　该厂今年年初检修结束后，投入负荷设备，当负荷达一万多千瓦，功率因数降到0.91时，刚投入1#电容器，突然听到“轰”的一声，电容器开关立即跳开。过去一看，三相保护熔丝全部熔断，支撑瓷瓶烧焦。
　　2电容器接线方式
　　 先投入的1#电容器组损坏，后投入的2#电容器组正常运行。1#电容器组中电容器表面完好，没有胀鼓及其它异常，仪器检测A相其中的四个电容器，有两个已被击穿，两个尚好。1#、2#电容器均为Y型中性点不接地接线方式，区别在于：1#电容器室中放电线圈与电容器组跨接（见图3）；2#放电线圈与电容器并接（见图4）。1#电容器中，系统电源经过电容器到达电抗器，2#电容器组正好相反（见图3，4）。
　　
　　
　　FD-放电线圈；O-中性点；1-电抗器；2-氧化锌避雷器；3-熔丝；4-电容器；
　　
　　 其中，1#电容器组电容器型号为BFM-11/ -50-1W，放电线圈为干式，型号为 ，电抗器型号为CKSGQ-72/11/ ，2#电容器组电容器型号BFM-11/ -100-1W，放电线圈、电抗器与1#电容器组的相同。1#、2#电容器室总电容量分别为1200kvar，补偿容量为主变容量的15%，电抗率为6%。
　　
　　3 设备及数据
　　
　　该厂于2002年底投产运行，两台35kV主变容量均为8000kVA，10kV侧共有 、 两段母线，分别接出7台低压侧均为400V的干式配变，容量为12100kVA，13200kVA。1#、2#电容器分别接于I段、II段母线 ，两段母线独立运行。电容器开关为VS1+-12/630-20真空断路器， 2002年11月由德力西生产。
　　 据了解，2#电容器组自2003年底投运至今，均正常工作。1#电容器组2002年投运至现在共有两次部分两次电容器被击穿（包括今年一次），熔丝熔断多根多次。
　　 电容放电回路数据：
　　（1）由 ，电容器容抗为（单相容抗）
　　（2）电抗率为6%可限制5倍以上的谐波，并限制了合闸涌流, 电抗值 （单相感抗）。
　　（3）放电线圈电抗值没有统一标准，也没有明确。参考了DL/T653-1998《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》、GB50227－1995《并联电容器装置设计规范》及有关资料，并询问了一些厂家，放电线圈电抗值应该达2~3 ，在直流状态下大约1500~2000 。在电容器与系统电源切开后，电容器电压属直流电压，放电线圈铁芯处深饱和状态。因此，整个放电回路从理论上分析，放电线圈仅显纯电阻性。
　　4 电容器损坏的原因分析
　　根据现场情况，初步分析是由于产生过电压，致使部分电容器损坏，电容电流增大，熔丝熔断，熔丝断后正好搭在电容器铁架子上，引起接地短路，拉弧烧焦瓷瓶。1#电容器组所有熔丝均熔断，是因为一些熔丝熔断后，正好搭在铁架子上，中性点偏移，所在电容器组均工作在线电压下而引起过流，并且接地瞬间出现激烈振荡。
　　那么，是什么原因产生如此高的过电压，把电容器击穿，最终导致熔丝熔断呢？以下作简单分析。
　　（1）刚切电容器组，在没有放电充分情况下，突然又投入，导致电荷叠加、振荡，产生过电压损坏电容器。由于经过检修结束后，电容器组才投入运行，因此，这种情况不存在。
　　（2）合闸时，由于真空断路器开关不同期，出现弹跳，导致产生一个过电压。根据有关资料给予的试验结论[3][4]，对于10~ 35kV系统来说，由于开关不同期产生的过电压最高为 。1#电容器组从投入至今年年初，仅操作过三次，况且， 的电压没有损坏电容器组的可能。
　　（3）分闸时，开关存在多次重燃，致使产生一个高电压，理论与实践分析[5]，多次重燃产生最高电压可达 。经过试验，德力西真空开关存在多次重燃可能性极小。
　　（4）分闸时，电容电流不是很大，真空断路器具有很强的灭弧能力，在电容电流没达零时就被截断。整个电容放电回路中，电容电流急剧变化，根据 ，当电容放电回路中电感线圈电感值很大时，电容器经受的电压也很大。由于正常工作电压下，放电线圈所流过的电流属mA级的，所以整个电压不会很大。电抗器由于电感值 很小，所以 也不可能很大。
　　（5）电容器组、其它设备电感及对地电容，组成一个谐振回路，产生谐振过电压。由于多个电容器屡次被击穿，熔丝被熔断，以上排除其它过电压损环电容器的可能性，因此，谐振过电压引起电容器损坏的可能性最大。防止谐振过电压，只有破坏谐振条件才能防止电容器再次投入时被击穿。根据目前的情况，只有把1#电容组容量降为1050kvar，使 段母线补偿容量为变压器容量的13.1%，才通满足破坏谐振的条件。
　　
　　5 仍需探讨的方向
　　
　　（1）如何定量的分析1#电容器组谐振的发生，它与哪些设备电感、电容（包括对地电容）组成一个谐振回路，谐振点在哪里，谐振频率为多少，仍需要讨论、了解。
　　（2）1#、2#电容器组接线方式不同，从理论上分析，由于额定电压下，放电线圈电抗值远远大于电容器容抗与电抗器电抗，对电容器的运行没有影响。有文章[6]提出使用1#电容器这种接线方式，即放电线圈跨接于电抗器与电容器两端，有利于安全运行和产品型号规格的简化。实际上，这两种不同的接线方式对电容器的安全性有否影响，尚需经过进一步的实践认识。
　　（3）1#电容器组中，母线先接电容器，再接电抗器，这种接法是否存在不足，值得探索。因为负荷一旦出现振荡，首先冲击电容器，电容器里安装有放电回路，电容器不断受到冲击，长期运行，容易被击穿。假若振荡波先冲击电抗器，电抗器具有限流的特点，这样电容器受到的冲击会小得多。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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