某变电站10kV集合式电容器故障分析

第３ｌ卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．２　２０１０年４月　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ａｐｒ．２０１０　某变电站１０　ｋＶ集合式电容器故障分析　李凯宇　（湖北省电力试验研究院，湖北武汉４３００７７）　摘要：论述了２２０　ｋＶ某变电站１Ｏ　ｋＶ　１台集合式电容器，在投运９　Ｓ后发生短路爆炸事故，　通过对电容器解剖，结合故障录波记录进行认真分析、论证，确定了本次事故是由于集合式电　容器壳体内对地主绝缘层存在缺陷而造成在１０　ｋＶ额定运行电压下绝缘击穿，形成相间短路　放电，电弧的高温使绝缘油迅速过热汽化，造成壳体鼓包和爆裂，同时空气已进入箱体内而引　起绝缘油燃烧，导致２　电容器完全烧毁。针对事故所暴露出的问题，提出了对集合式电容器　应进行ＤＩＶＴ　５９６—１９９６标准未规定的绝缘油微水及色谱检测等，这一检测对发现集合式电容　器内部主绝缘缺陷是一种十分必要及有效的方法。　关键词：集合式电容器；绝缘油；相间短路；　油色谱　中图分类号：ＴＭ５３１。４文献标识码：Ｂ文章编号：１６７４—１７５７（２０１０）０２４２０５９－０４　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　１０　ｋＶ　Ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ａｔ　ａ　Ｃｅｒｔａｉｎ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｋａｉ－ｙｕ　（Ｈｕｂｅｉ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｓｔ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ　４３００７７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ａｃｃｉｄｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｓｅｔ　ｏｆ　１０　ｋＶ　ａｓｓｅｍｂｈｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ａｔ　ａ　ｃｅｒｔａｉｎ　２２０　ｋＶ　ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｅｘｐｌｏｄｅｄ　ａｆｔｅｒ　９　ｓｅｃｏｎｄｓ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｄｉｓｓｅｅ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｃａｒｅｆｕｌ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｒｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔｓ　ｒｅｃｏｒｄｅｒ，ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｌａｙｅｒ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｈｏｕｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃａｕｓｅｄ　ｉｎ—　ｓｕｌａｔｉｏｎ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ａｔ　ｔｈｅ　１０　ｋＶ　ｒａｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｖｏｌｔａｇｅ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｈａｓｅｓ．Ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ａｒｃ　ｏｖｅｒｈｅａｔｓ　ａｎｄ　ｖａｐｏｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｏｉｌ，ｃａｕｓｉｎｇ　ｓｈｅｌｌ　ｂｕｌｇｅｓ　ａｎｄ　ｂｕｒｓｔ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ａｉｒ　ｅｎｔｅｒｅｄ　ｔｈｅ　ｂｏｄｙ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｉｎ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｓｕｌａ－　ｔｉｎｇ　ｏｉｌ，ＳＯ　ｔｈｅ　Ｎｏ．２　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｗａｓ　ｔｏｔｌａｌｙ　ｂｕｒｎｅｄ　ｄｏｗｎ．Ａｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｒｅｖｅａｌｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｔｈａｔ　ｓｏｍｅ　ｓｕｃｈ　ｔｅｓｔｓ　ａｓ　ｍｏｉｓｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｏｉｌ　ａｎｄ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈ・－　ｉｃ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｔｅ　ｎｏｔ　ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＤＬ／Ｔ５９６—１９９６　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｉｓ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｉｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｄｅｆｅｃｔ　ｉｎｓｉｄｅ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｍｂｌｉｎｇ　ｃａ・－　ｐａｃｉｔｏｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｓｅｍｂｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ　ｏｉｌ；ｓｈｏｒｔ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｈａｓｅｓ；ｏｉｌ　ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｍ　０　引言　率较高，加上现场检修不方便，需要返厂大修，检　修周期长，给用户造成了一定的损失。　集合式电容器由于具有单台容量大、占地面　２００９年７月２２日９：５４：４６，武汉２２０　ｋＶ变　积小等优点，在电力系统得到了广泛的应用，但根　电站ｌ０　ｋＶ　５６　２　集合式电容器（以下称电容器　据近几年电容器的运行情况，集合式电容器故障　组）发生故障，导致该电容器过流Ｉ段动作跳闸，　收稿日期：２００９．１１－２７　作者简介：李凯宇（１９７９一），男，工程师，长期从事过电压及无功设备技术监督及服务。　・５９・　第３ｌ卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｖ０１．３１　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　使２　电容器间隔电容器、电抗器、电缆损坏，不能　１２　Ａ、０．３　Ｓ）。根据保护装置记录２　电容器组　投运；１　电容器间隔电缆烧损、不能投运，这里对　７月２２日９：５４：３７合闸，其后９：５４：４６保护启动，　电容器的故障情况进行相应的分析…。　１　２　电容器组故障发生情况　１．１故障前电容器组运行及操作情况　故障前１　变高压侧Ｉ＿１）８断路器挂ＩＩ母线，１　变中压侧Ｌ３４挂１１０　ｋＶ　４　母线，１　变低压侧１５３　供１０　ｋＶ　７　母线，１５６由７　母线供电。根据保护　装置记录，２　电容器组７月２２日９：５４：３７合闸，　其后９：５４：４６保护启动跳闸。　１．２故障后现场情况　事故现场，２　电容器间隔电容器本体爆裂、　内部元件喷出，压力释放阀动作。ｘ、Ｙ、Ｚ　３只套　管破损，另６只套管均发生位移；２　电容器组间隔　附近有多处起火燃烧痕迹；２　电容器Ｃ相电抗器　支柱瓷瓶有２只破损；１５５、１５６间隔电缆均烧损，　故障后电容器现场如图１所示。　图１　故障后电容器现场照片　２故障电容器组基本情况　２　电容器组额定容量８　０００　ｋｖａｒ，该产品是　２００５年４月出厂，电容器组型号为ＢＦＭＨ　１　２／√３　—８０００—３Ｗ集合式并联电容器（有内熔丝），投　运时间为２００６年５月２０日。２　电容器组本体及　其断路器等整台设备２００８年的检修记录及预试　报告结果未见异常ｌ２］。故障发生后，２００９年７月　２２　Ｅｔ设备维护单位对２　电容器组的１０　ｋＶ　５６　断　路器进行了机械特性试验，未发现断路器存在合　闸时间超标及合闸弹跳现象。　３　电容器组保护动作情况　保护装置录波图显示，２２０　ｋＶ某变电站　１０　ｋＶ　２　电容器组过流Ｉ段动作跳闸（整定值　・６０・　故障录波启动时已投运９　Ｓ。由故障录波图（图　２）显示，当Ａ相出现一个１３．３　Ａ的故障电流时，　过流Ｉ段保护启动，延时约４００　ｍｓ后，５６　断路器　跳闸。经事故后检查及对录波图分析，证明过流　保护动作正确。　、　曼　毫…　一　＼／、㈣　；，；；　｝　一…～一～一　■　／、，／　，＼／＼／、…一　’、／……一…　一一～…　…　＝三差‘　一一一～～一　－－－，，／＼，／ｌｉｌｌｉ！ｔ！ｌ！ｉ／－＼／＼／　＼／＼厂——　…　／，　。．．　＼／＼一　√、　～㈣姗，　～　…　　，＼　厂＼／　＼，　ｌ　ｍ　｛　、　√＼　、　＼＼｝、、ｉ　一…～－－－…一　、，　＼＿，Ｉ＼｝　…　：蒌‘　，　／　、　＼／＼　／　、一　一　一　一一～１，、、／、＼、／＾＼　，Ｊ￣！！ｌｆｌｌｌ　ｌ一…～一　……　０黜　舞　龋怒　卿　觚　Ｔ　ｍ　ｍ　∞１∞　∞　１　Ｔ∞　ｌ∞　蛔　∞　枷　椭　蛐　啪　膊ｅ　日　ｒ　：　搿　嚣：　・竺　　羔～，　・’……　‘　　一州■　Ｅ　　～＿■雌…　，。　　，　一　图２保护装置录波图　４现场吊心（解剖）检查情况　１）２００９年７月２４日在变电站现场对２　电容　器组吊心进行相关检查。吊心前发现电容器Ｃ　相进线瓷套已断裂脱落，电容器上端盖板丽边已　张开约１０　ｃｍ的裂缝，Ｃ相串联电抗器一只支柱　绝缘子炸裂，电容器组内，部分铝箔元件喷出、绝　缘油已烧黑并四处喷溅至电抗器、电缆外皮、构　架、旁边道路及相邻的１　电容器组各部件上，造　成电缆绝缘外皮受损不能使用，如图３所示。　图３　吊心检查照片　２）吊心后检查情况。　①内部单只电容器均有不同程度的变形膨胀　及爆裂，箱底及外部散落有大量碳化物。Ａ相元　件外观已严重损坏４只、Ｂ相元件严重损坏８只、　Ｃ相元件严重损坏７只。Ｂ、Ｃ相大部分电容器盖　板已冲开，内部元件爆出。　②除Ａ相４只电容器接头及引线尚保持连　第３１卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ＶｏＩ．３ｌ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　接外，其余电容器瓷套、接头及连接引线均已脱　落，ｃ相引线全部烧断，Ｂ相引线部分烧断，如图４　照片所示。　电容器壳　体变形爆　裂，接头　及ｇｆ线脱　④电容器箱体内壁及金属固定框架上有约　４ＪＤ一６１００　ｎｌＩｎ大小的电弧击穿斑点多处，见图５。　５故障原因分析　●姐｝　Ｌ　甜卜●Ｌ●甜　２　Ｏ　２　上　１）根据情况分析说明，２　电容器组７月２２日　９：５４：３７合闸，其后９：５４：４６保护启动，故障录波　启动时已投运９　Ｓ。从图３显示：９：５４：４６时Ａ相　落或烧断　有一个１３．３　Ａ的故障电流信号启动了过流保护，　与此同时Ｃ相电流达到９．９６　Ａ，Ｂ相此时电流值　图４　电容器外壳变形照片　尚未超过１２　Ａ的启动值，６０　ｍｓ后Ｂ相出现故障　③构架及部分电容器外壳上有明显锈蚀痕　电流。保护启动延时约４００　ｍｓ后，５６　断路器跳　迹，如图５所示。　闸。１　主变ｌ０　ｋＶ低压侧不带任何出线，查阅当　日的电压记录，故障前后的系统电压也未超过电　容器的额定运行电压，因此，可以排除谐波过电压　对电容器的绝缘破坏　。　２）从保护记录、故障录波图及放电电弧点位　置综合分析后认为，电容器箱体内部的主绝缘存　内部锈蚀痕迹　电弧点　在严重缺陷，投运９　Ｓ后运行电压下主绝缘薄弱　图５电容器内部照片　处发生多次击穿，具体过程如图６、图７所示。　…。Ａ十日　一Ｃ相　图６　２　电容器组Ａ、Ｃ相故障电流波形　ｅ处　…一Ａ相　——Ｂ相　……Ｃ相　图７　２　电容器组Ａ、Ｂ、Ｃ相故障电流波形　①在正常运行电压下，由于主绝缘水平下降，　相间短路电流，单个小电容器内部发热、绝缘下　２　电容器组Ａ、ｃ相同时对地击穿，Ａ、ｃ相电流相　降、开始出现内部击穿现象，如图５所示，此时电　角差１８０。，Ａ相二次电流最大峰值达ｌ３．３４　Ａ，见　容器电容量变化、相问短路电流增加，如图６的　图６的ａ处，电容器过流Ｉ段保护启动。　ｂ处。　②由于电容器组内单个小电容器长时间通过　③当相间短路电流持续了将近９０　ｍｓ后，单　・６１・　第３１卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｖｏ１．３ｌ　Ｎｏ．２　２０１０年４月　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ａｐｒ．２０１０　只电容器开始出现不同程度的变形膨胀及爆裂，　下降超过警示值应及时停电处理，呼吸器内变色　此时单个电容器瓷套、接头及连接引线脱落，Ａ、ｃ　硅胶变色超过２／３应及时进行更换。　相高压端形成金属性短接，短路电流进一步变大，　２）目前各供电公司执行的ＤＬ／Ｔ　５９６—１９９６　如图６的Ｃ处。　《电力设备预防性试验规程》中，没有集合式电容　④Ａ、ｃ相相间短路后，由于短路电流的影　器内部绝缘油进行油微水及色谱检测等对绝缘油　响，电容器组内部主绝缘进一步下降，Ｂ相也出现　预试项目。但就本次故障的发生，集合式电容器　了主绝缘对地击穿，如图７的ｄ处，此次短时击穿　内部受潮、绝缘油劣化是主要原因。因此，开展对　后绝缘得到了恢复。随着主绝缘的不断恶化，Ｂ　某些故障率高及故障危害程度严重的集合式电容　相再次出现主绝缘对地击穿，此时Ａ、Ｂ、Ｃ相高压　器绝缘油检测是十分有必要的，是及时发现电容　端形成金属性短接，Ａ、Ｂ、Ｃ相电流相差１２０。，如　器内部绝缘下降及内部接头是否有发热放电的有　图７的ｅ处。　效方法。　⑤Ａ、Ｂ、Ｃ三相短路电流二次峰值最大到　３）此外，对集合式电容器组进行极对壳间耐　１４６　Ａ，换算到一次有效值为１６　５１８　Ａ，如此大的　压试验也是检查电容器组是否存在绝缘缺陷的一　电流产生高温使绝缘油过热汽化，内部压力急剧　种有效措施。　膨胀，造成壳体鼓包和爆裂，引起绝缘油燃烧，事　故扩大导致２　电容器完全烧毁。　参考文献：　６结论及预防措施　［１］汪延宗．单台大容量全密封（箱式）并联电容器及其运　行［Ｊ］．高电压技术，１９９４，２０（２）：４１－４５．　根据吊心检查及分析，２　电容器组为半密封　［２］湖北省电力公司．宜昌朝阳变３５　ｋＶ电容器组３３０３５　结构，由于生产厂家生产工艺或装配过程中存在　号电容器故障分析报告［Ｒ］．武汉：湖北省电力试验　问题，造成电容器整体（外壳）密封不严，在投入　研究院，２００９．　运行后绝缘油逐渐劣化，以至产生了极对箱体的　［３］沈文琪．在分断高压并联电容器组的过程中电容器　发生故障的原因及预防措施［Ｊ］．电力电容器，２０００　主绝缘缺陷，最后导致电容器主绝缘在正常运行　（２）：２－６．　电压下发生击穿，从而引发本次事故　。　［４］胡江光，刘军杰．并联电容器的运行环境与故障分析　因此建议对同型号或结构的集合式电容器采　［Ｊ］．高电压技术，２００２，２８（２）：５６－５７．　取以下预防及检查措施：　［５］张大立．一起大型电容器爆炸事故分析［Ｊ］．中国电　１）对于与故障电容器同型号及批次的集合　力，１９９５，２９（８）：３２—３５．　式电容器组加强日常巡视，特别是其油位计的油　［６］王坤，孙明．无功补偿电容器组的事故原因分析　位及呼吸器的检查，如发现有渗漏油或油位明显　及对策［Ｊ］．华中电力，２００７（３）：６２－６３．　（上接第２９页）　本标准适用于工频５０　Ｈｚ，额定电压不超过１０００　Ｖ的低本标准规定了低压电力滤波装置的定义、分　类和技术要求、试验方法、检验规则、产品标志及出厂文件、铭牌的基本内容，包装运输及贮存的基本要　求等。　本标准适用于工频５０　Ｈｚ，额定电压不超过１０００　Ｖ的低压配电系统中。由滤波电容器和滤波电抗　器及电阻器（如果需要）等器件组成的谐振回路，以吸收、滤除系统特定谐波次数谐波电流的电力滤波　装置。　３、ＪＢ／Ｔ　１１０５１—２ＯＬＯ（电力电容器用双轴定向聚丙烯薄膜技术条件》实施日期：２０１０－０７－０１　本标准适用于电力电容器介质用双轴定向聚丙烯薄膜。本标准不适用于金属化介质用薄膜。　本标准规定了电力电容器介质用双轴定向聚丙烯薄膜的产品分类和命名、一般要求、尺寸、性能、试　验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。　．６２・