一起集合式电容器差压保护动作事故分析

曲金秋 金雍奥 赵志山 尹曙光 陈亚坤

（国网冀北电力有限公司廊坊供电公司，河北 廊坊 065000）

集合式电容器具有体积小、容量大、占地面积小、安装维护简单等优点，但如一旦发生故障，必须整台退出运行，这将严重影响供电质量[1-2]。常见故障多是电容量的变化引起的，而差压保护能反映电容器组电容损坏的情况。设定合理整定值的差压保护可以避免集合式电容器故障的扩大，影响电网的电能质量。下面对近期发生的一起集合式电容器差压保护动作的故障进行分析。

1 设备基本信息

2014年4月，廊坊地区某110kV 变电站10kV电容器组发生差压保护动作跳闸故障，跳闸电压3.9V，保护整定值3.5V。故障电容器组为集合式，同相两节电容量比为6∶4，型号是1400-1W，制造厂为合阳电力电容器制造有限公司，2001年出厂。由于差压保护设备老旧，只能显示跳闸电压，无法判断故障相，需要进行故障原因及故障相判别。

2 现场试验情况

初步判断故障为集合式电容器电容损坏造成。接下来重点对电容器进行试验。电容量试验结果见表1。根据Q/GDW07003-2012-10501《国网冀北电力有限公司输变电设备状态检修试验规程》中的规定：①每相电容值偏差应在额定值的-5%～10%范围内，且电容值与出厂值比较应在测量误差范围内；②三相电容值比较，最大值与最小值之比不大于1.06；③每相有三个套管引出的电容器，应测量每两个套管之间的电容量，与出厂值相差不得超过±5%[3]。该电容器每相电容值偏差最大为0.97%，三相电容值最大值与最小值之比为1.01，每两个套管之间的电容量与出厂值相差最大的为-2.3%，由此可见该电容器的电容量试验数据也在合格范围内。又对其进行绝缘电阻试验也合格，数据均在5000MΩ以上。

表1 电容量试验结果

在电容器上、下节电容量数据合格的情况下，在差压继电器上却测到了差压值且数值超过了整定值，说明确有差压存在。放电线圈二次回路接触电阻大的话，相当于在二次串入了一个大电阻，那么，即使电容器上下节的电容量平衡，也将会产生差压[4]。因此，现场对放电线圈二次回路进行接触电阻试验，发现数据都在微欧级别，不存在接触电阻过大的问题。

为判断其他设备故障的可能，先后对电抗器的直流电阻、绝缘电阻、电抗值，放电线圈的直流电阻、绝缘电阻进行试验，发现各试验项目均无问题。其中，放电线圈电压比试验数据见表2。

表2 电压比

3 差压保护原理与动作原因分析

3.1 差压保护原理及电容器组接线方式

集合式电容器内部按单星形接线，再由N段串联而成，然后将一相分为上、下两节。每相由m台小电容器并联成段，使用带中间抽头的放电线圈与各相电容器的相应抽头相连，分别测量抽头对相线和中性点的电压，二次线圈反极性串联后接入差压继电器，构成差压保护。正常运行时放电线圈二次承受的电压相同，继电器两端基本无电压。当上、下节电容值发生变化，就会引起电压的变化产生差压，一旦差压达到整定值，开关就会跳闸[5]，差压保护不受系统电压影响，能准确反映电容器内部状况，原理接线图如图1所示。

图1 差压保护原理接线图

3.2 差压计算与故障相判断

若要计算差压出口电压值，主要考虑并联的电容值，以及放电线圈的变比两个参数。计算思路是：根据每相两组串联电容器电容值算出每个串联单元的分压值，通过放电线圈一次电压值并考虑放电线圈电压比的误差，进而算出放电线圈二次的电压值，最终算出差压值。将结果与差压保护整定值比较， 大于整定值则保护动作，反之不动作。

具体以A 相为例，首先根据电容分压原理，由式（1）和式（2）确定各节电容的电压。

式中，UAO为A 相上节电压；UOX为A 相下节电压；CAO为A 相上节电容量测量值；COX为A 相下节电容量测量值，UN为电容器的额定电压。

由式（3）算出放电线圈实际电压比。

式中，K′为放电线圈实际电压比；K为额定电压比；σ为电压比误差数值。

由式（4）变比算出放电线圈二次的电压。

式中，uao为A 相电容器上节对应放电线圈的二次电压。

放电线圈二次电压的差值即A 相电容器上下两节的差压，如式（5）所示。

将Δu与差压保护整定值相比较，小于整定值则保护不动作。

利用表1和表2的数据可以得出B 相的差压为4.08V，A 相的差压为1.26V，C 相的差压为1.84V。而该电容器组差压保护的整定值为3.5V，B 相差压大于整定值。所以，可以判断B 相为故障相。

3.3 动作原因分析

为找出该电容器例行试验合格但差压保护动作的原因，将该电容器历年的试验数据进行比对，见表3。发现B相同一串的两节电容变化趋势相反，即一节电容量增大，另一节电容量减小。虽然电容量的变化在规程的范围内，但是导致放电线圈二次的差压增大，超出整定值，使差压保护动作。

表3 历年电容量数据对比

为了找出跳闸临界点，对本地区16 台同相两节电容量比为6∶4 的集合式电容器进行分析，模拟电容量变化，看产生的差压数值。发现当同相两节电 容器电容量变化趋势相同时，可根据状态检修规程判断；当电容量变化趋势相反时，每相上下两节电容器的电容量，与出厂值相差1.6%～1.9%时，压差就超出整定值，又综合考虑放电线圈电压比带来的误差，因此当与出厂值相差1%时就有可能使差压保护跳闸。

4 结论

从这起事故可以看出，虽然电容器例行试验数据均合格，但是差压仍然可以很大。因此，我单位规定本地区6∶4 式集合式电容器每相有三个套管引出的电容器，应测量每两个套管之间的电容量，当变化趋势相同时，与出厂值相差不得超过±5%，当变化趋势相反时，与出厂值相差绝对值不得超过1%。

在日常维护中，为避免由于放电线圈外部连接松动而造成二次直流电阻不平衡，从而导致差压保护跳闸，应注意放电线圈螺栓的紧固。在电容器的例行试验中，不仅要将电容量的数值与规程比，还要注意其变化趋势。当同相两节电容器的电容量变 化趋势相反时，每节与出厂值相差绝对值大于0.5%但小于1%时，建议缩短例行试验周期，加强带电测试；当大于1%时，建议停电检修或更换电容器，避免发生电容器组跳闸故障，影响电力系统电能质量。

[1] 闻建中.10kV 集合式电容器的故障预防[J].农村电气化,2009(7): 58-59.

[2] 周存和.关于集合式电容器的安全运行[J].电力电容器,2003(4): 8-9.

[3] Q/GDW07003—2012-10501.国网冀北电力有限公司输变电设备状态检修试验规程[S].

[4] 滕乐天,邹彬.几起35kV 集合式并联电容器故障分析[J].电力电容器,2004(1): 1-2.

[5] 戴军瑛.集合式并联电容器差压保护动作分析[J].上海电力,2007(2): 209-210.