一起耦合电容器故障的处理

梁流铭, 马丽军, 赖靖胤, 赵鲁臻, 陈 烽

国家电网浙江省电力公司 宁波供电公司 浙江宁波 315000

1 故障情况

2016年9月15日，检修人员在对某220kV变电所红外巡检时，发现耦合电容器C相上节(LI01)整体发热，温度明显高于下节(LI02)，如图1所示。为了准确诊断，检修人员利用显著差异分析法，将耦合电容器上下节红外数据绘制成温度曲线图，如图2所示[1]。从图2中可以看出，耦合电容器C相上节与下节温差达到4℃，最高温差为4.6℃。

图1 耦合电容器红外谱图

图2 耦合电容器温度曲线

2 故障分析

2.1 耦合电容器介绍

耦合电容器是电力网络中用于传递信号的电容器，主要用于工频高压及超高压交流输电线路中，以实现载波、通信、测量、控制、保护及抽取电能等目的。耦合电容器与高压输电线路及收发信机的连接原理如图3所示[2-4]。

电容器容抗XC的计算公式为：

(1)

式中：f为电流频率；C为电容器容量；ω为相角。

耦合电容器容抗大小取决于电流频率和电容器容量。耦合电容器的电容量一般很小，而高频载波信号通常使用的频率范围为30kHz～500kHz，因此对于50Hz的工频而言，耦合电容器呈现的阻抗是高频信号呈现阻抗值的600～1000 倍，基本上相当于电路开路，而对于高频信号而言，则相当于电路短路。因此，耦合电容器只有高频电流可以顺利通过[5-9]。

图3 耦合电容器连接原理图

2.2 带电检测

从图2可以看出，温差较小时只有2.1℃，未达到严重的情况。因此检修人员没有申请停电处理，而是对此设备做全面检测，防止因盲目停电而影响电网安全运行和供电可靠率。检修人员对滤波器、高频电缆、收发信号机及高频通道进行了全面检查，均无异常，再测量流过耦合电容器的电流，通过计算电容器的电容量来判断耦合电容器电容是否正常。

电流和电容量计算式分别为：

(2)

(3)

式中：U为系统相电压。

由式(3)可知，只要测量流过耦合电容器的电流，知道运行系统的相电压，就可以计算出耦合电容器的实测电容量。再计算实测电容值与额定值Ce的相对误差，若误差在规定范围内，就可以排除由于电容异常而引起温度过高；若误差超出规定范围，就应尽快安排停电检测[4]，防止事故隐患进一步恶化，导致电网事故。

带电检测时，工作人员要向调度申请短暂停用高频保护装置，并合上滤波器的接地开关。批准后检修人员用钳形电流表测量耦合电容器接地线上的工作电流I=216mA，从变电所监控系统显示器可以看出，当时系统线电压为228kV，因此其相电压约为132kV，由此可以计算出电容量：

电容相对偏差Δ为：

按照DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》要求，当偏差超过-5%～10%范围时，应停电进行试验[10]。实际相对误差为6.73%，未超过注意值范围，但耦合电容器的电容值较初始值有较大增长，其当前试验值接近注意值的趋势明显，建议加强跟踪监测，在条件允许的情况下，可以停电做进一步检测和诊断。

2.3 停电试验

工作人员将带电检测情况汇报调度。2016年9月19日停电检修时，试验人员对耦合电容器做了例行试验，试验项目有绝缘电阻值、介质损耗正切值tanδ和电容值。绝缘电阻值都在合格范围内，介质损耗正切值和电容值的试验数据及历年试验数据(非22℃值均换算至22℃值)见表1。从表1中可以看出：2005年6月投产至2009年6月，介质损耗正切值和电容值数据有微弱变化，但都在合格的范围内；2016年9月19日测量上节耦合电容器电容比上次测量值增大了5.99%，介质损耗正切值则由2016年6月18日的0.19%增大到2016年9月19日的0.63%，增幅达到232%，远远超过规定值，需要进一步解体检查、分析及处理。

2.4 解体检查及处理

检修人员对上节耦合电容器解体后，发现第4片电容和第5片电容的连接片已经脱焊，并有明显的放电痕迹，且上节耦合电容器瓷套和法兰胶装部位的防水密封胶出现裂痕。

造成这一故障的主要原因是沿海地区盐雾污染，加上长期运行缺乏有效维护，导致耦合电容器瓷套和法兰胶装部位的防水密封胶出现腐蚀老化，造成电容器内部进水受潮，从而导致介质损耗大幅增大，电容由于受潮，泄漏电流增大，导致放电现象。造成这一故障的其它原因有：① 电容器出厂时，瓷套和法兰的胶装部位没有清洗干净，直接涂防水密封胶，经长期运行后开裂进水受潮；② 耦合电容器在出厂时焊接部位未妥善处理，加之长时间运行老化，在焊接部位出现放电现象；③ 在出厂时可能存在由于材料、设计、工艺等共性因素导致的设备缺陷，即生产工艺缺陷。

表1 介质损耗及电容量测试数据

3 处理方案

清除放电痕迹，再清洁内部各部件，最后在焊接脱落处重新进行磷低温铜焊处理。内部干燥后再装复，瓷套和法兰胶装部位重涂防水密封胶。

对大修后的耦合电容器进行绝缘电阻值、介质损耗正切值、泄漏电流和交流耐压试验，所有试验数据均合格，然后投运。投运后跟踪监测耦合电容器0.5年，未发现任何异常现象，设备正常运行。

4 检修流程建议

(1) 红外检测技术作为电气设备状态检修和故障诊断的一种手段是非常有效的。当红外检测数据异常时，应结合其它带电检测数据进行全面分析，必要时可以申请停电处理，利用停电试验和诊断性试验数据进行综合分析和判断。

(2) 对于耦合电容器带电检测试验，除了常规的红外检测外，建议还可以测量末端容性电流，必要时可以考虑做容性设备的局部放电测试，进行综合分析和判断。

(3) 对处于严寒地区、重污秽E级或沿海D级地区、运行10年以上的耦合电容器，应结合例行试验对瓷套法兰胶装部位防水层完好情况进行检查，必要时应重涂防水密封胶。

(4) 建议有条件的单位定期开展各种带电检测，评估设备状态，及早发现事故隐患，避免隐患恶化导致电力事故。

5 结束语

介绍了一起运行中耦合电容器故障分析诊断处理过程，分别通过红外检测、带电检测、停电试验和解体检查等方法，逐步排查了该耦合电容器的内部故障，确认了故障原因。建议有条件的单位定期开展各种带电检测，及早发现事故隐患，避免电力事故的发生。

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[2] 严璋.电气绝缘在线检测技术[M].北京：中国电力出版社,1995.

[3] 华中工学院.电力系统继电保护原理与运行分析[M].北京：水利电力出版社,1981.

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[9] 吴伯华，李红斌，刘延冰.电子式互感器的使用现状及应用前景[J]．电力设备,2007,8(1)：103-104.

[10] 电力设备预防性试验规程：DL/T 596—1996[S].