一起集合式电容器差压保护动作事故分析
国网冀北电力有限公司廊坊供电公司的研究人员曲金秋、金雍奥等，在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文，针对一起集合式电容器发生差压保护跳闸事故，根据集合式电容器接线方式及差压保护原理，对试验数据进行分析，找出动作原因，并对集合式电容器例行试验提出合理建议。
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BFFH12/√3-1400-1W，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。电容量试验结果如表1所示。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
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A相 |
B相 |
C相 |
|||||||
|
AX |
AO |
OX |
AX |
AO |
OX |
AX |
AO |
OX |
|
|
铭牌电容量/uF |
97.36 |
— |
— |
97.21 |
— |
— |
97.30 |
— |
— |
|
出厂电容量/uF |
98.56 |
164.24 |
246.41 |
98.42 |
164.02 |
245.94 |
98.36 |
163.84 |
245.79 |
|
实测电容量/uF |
97.03 |
162.79 |
240.72 |
98.15 |
167.15 |
240.63 |
98.23 |
165.52 |
245.73 |
|
误差/% |
-0.34 |
— |
— |
0.97 |
— |
— |
0.96 |
— |
— |
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如表2所示。
表2 电压比
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A相 |
B相 |
C相 |
||||
|
AO |
OX |
AO |
OX |
AO |
OX |
|
|
电压比 |
-0.38% |
-0.32% |
-0.34% |
-0.25% |
-0.36% |
-0.36% |
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（略）
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。
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，如表3所示。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。
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。
表3 历年电容量数据对比
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A相 |
B相 |
C相 |
|||||||
|
AX |
AO |
OX |
AX |
AO |
OX |
AX |
AO |
OX |
|
|
2007年 |
98.14 |
163.93 |
245.52 |
98.21 |
164.38 |
246.23 |
98.07 |
164.37 |
245.93 |
|
2011年 |
97.56 |
163.79 |
243.73 |
98.18 |
165.27 |
244.37 |
98.12 |
164.55 |
245.72 |
|
2014年 |
97.03 |
162.79 |
240.72 |
98.15 |
167.15 |
240.63 |
98.23 |
165.52 |
245.73 |
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。