某变电站35kV高压并联电容器故障分析

某变电站 35kV高压并联电容器故障分析

解统彪

国网青海省电力公司检修公司 青海省西宁市 810021

摘要：本文通过对一起某330kV变电站35kV无功补偿装置电容器组故障，详细分析了故障原因，通过解剖故障电容器，对电容器内部结构进行了详细阐述，对检修试验人员具有一定的指导意义。

关键词：电容器；局部放电；电场

1 故障概述

XX年X月X日X时,某330kV变电站35kV电容器组断路器跳闸，检查一次设备发现电容器C相第4、12只根部着火，C相第12只电容器距根部四分之三处箱壳被烧穿。故障当日天气晴，站内无操作。

该电容器组电容器保护采用双星形中性线不平衡电流保护，每臂只有一个串联段，每一串联段为4并4串结构（图1）。当电容器故障时，三相电容之间出现不平衡，中性点电位发生偏移，中性点之间就有不平衡电流出现，从而保护动作跳闸。单只电容器为内置熔丝结构，该组电容器组累计发生三次故障，故障信息基本一致,均为电容器根部发生爆炸起火，其中两次故障均造成电容器组中性点电流互感器喷油损毁。

图1： 电容器组接线图

3. 解体检查

外观检查电容器根部发生爆炸，电容芯子脱落，根部四分之三处有鼓包，电容芯子脱落，内熔丝基本全部熔断，芯子对箱壳间电缆纸封包内部明显烧穿，测量尺寸发现与电容器根部四分之三处鼓包处位置一致。电容器中的电容单元由两张铝箔作为极板，中间夹多层聚丙烯薄膜卷绕后压扁而成，极板的引出为铝箔突出结构。电容器芯子的两张铝箔分别向一边凸出于固体介质边缘之外，铝箔的另一边处于固体介质边缘之内，由凸出的铝箔引出和导入电荷。

4 原因分析

造成电容器击穿的因素包括内在因素及外部因素两方面。外部因素与使用条件有关，主要与环境温度、稳态过电压及其作用时间、操作过电压幅值和持续时间及承受次数、电网谐波等相关。内在因素主要有：电场均匀程度及边缘效应、电介质材料弱点、制造过程中造成元件固体电介质的机械损伤及褶皱、电容器中残留的空气、水分及杂质等。从三次故障检查情况看，故障发生前无谐波及操作过电压情况，故障电容器套管无脏污及放电痕迹，故障现场无异物，三次故障电容器均为电容器根部发生爆炸起火，根部四分之三处有明显放电击穿现象，由此判定该组电容器三次故障均为内部绝缘击穿故障。

极对壳的绝缘主要由多层绝缘纸组成的外包封和浸渍剂组合而成，与单元的外绝缘同是电容器的绝缘支撑，由电容器组的接线盒台架结构布置以及装置的绝缘水平所决定。与极间主电容相比，极对壳的电容很小，电场分布很不均匀，在运行中易受来自系统的过电压冲击，所以在制造过程中极对壳的绝缘裕度都比较大。但在长期运行情况及冲击电压情况下，极对壳绝缘中也可能发生局部放电现象。由于极对壳的电场分布很不均匀，电场集中的部位易出现局部游离现象，使浸渍剂产生气泡或使浸渍剂中的水分汽化形成气泡，加之某些杂质具有较高的导电性，都将使气泡带有较高的场强和较低的介电强度，外包封绝缘能有效阻止气泡游离与导电性能强的杂质形成电极与箱壳之间的导电桥，但由于电容器单元的叠装结构，同一面内不同串之间的高电位差（约11kV），加剧了气泡游离现象，同时，电容单元串间的绝缘纸板由于在制造及包装时有褶皱及起皮，游离出来的带电粒子不断轰击绝缘纸板，造成绝缘纸板不断老化分解，形成更多的带电粒子，特别是靠近电容器根部，最容易积聚水分和杂质，电容器单元内两串之间发生持续的局部放电或反复出现局部放电，气泡因发热而膨胀，膜、纸以及浸渍剂加速劣化，都将使单元的局部放电起始电压和熄灭电压逐渐下降，局部放电将加剧，进而加速绝缘损坏，介电强度下降，最终导致贯穿性故障发生。

5暴露的问题

5.1 在进行电容器故障后试验手段来看，一般仅进行极对地绝缘电阻测试、单只电容量测试及桥臂不平衡率测试，检测手段较为单一，无法发现电容器内部潜在的局部放电缺陷，这就是虽然在测试时试验数据合格，投入运行一段时间后仍然发生电容器爆炸故障的一个原因。

5.2 虽然双星形中性线不平衡电流保护结构简单，与桥式差流保护相比只需一台电流互感器，工程造价低，同时不受三相电源不对称和三相电容不平衡的影响，灵敏度比开口三角电压保护高，但不如桥式差电流保护，与开口三角电压保护和电压差动保护相比，需单独设置电流互感器，电流互感器属小变比设备，需承受大的放电电流。当每臂只有一个电容器串联段时，有一台电容器击穿，高频放电电流易损坏电流互感器。

6反措及建议

6.1 从三次故障结果来看，故障电容器故障位置基本一致，该厂该批次产品应存在设计或内部安装工艺上的缺陷，建议对该批次产品进行进一步检查试验，谨慎投运。

6.2 该变电站35kV电容器组保护采用三相双星形中性线不平衡电流保护，每臂只有一个串联段，一旦有一台电容器击穿，不平衡故障电流极易造成中性点电流互感器发生喷油损毁，该组电容器组三次故障中两次故障造成电流互感器损毁，建议更换电容器组保护方式，采用桥差不平衡电流保护方式或压差保护方式，增强对故障的灵敏度，及时切除故障，防止故障扩大。

6.3由于不同电容器厂家对电容器生产工艺不一样，当电容器设计或制造工艺不良，内部残留气泡、导电杂质或者存在尖棱的导电部分造成局部电场过高等缺陷时，都可能造成在运行电压或冲击合闸等过电压情况下发生局部游离现象，长期在运行电压下，缺陷进一步发展形成击穿，建议电容器出厂时增加电容器起始游离电压或高频放电电流的测量试验项目。

作者简介:解统彪(1985-),男，工程师/技师，本科,毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，现主要从事高压电气试验工作。