一起电容器闪爆事故的分析及应对方案的实施*

段 巍，徐春霞，张富强

(1.独山子石化公司 乙烯厂 机动处，新疆 独山子 833699；2.克拉玛依职业技术学院 电子与电气工程系，新疆 克拉玛依 834099；3.独山子供水供电公司 乙烯电气车间，新疆 独山子 833699)

电力系统的负载类型中感性负载居多数。用电单位普遍使用电力电子设备，致使电网功率因数偏低[1]。较低的功率因数不仅使得设备有功功率无法充分利用，而降低了设备利用率，加大了供电投资成本，还会损害电压质量，较大程度地增加线路热损耗，折损设备的使用寿命。为了避免这些情况出现，应在变电站的母线上并联电容器装置，用于供配电系统的无功功率补偿，提高功率因数，改善供电质量。而电力电容器装置是否安全、有效地工作会对整个供配电系统高质量供电、电网电压稳定以及线路设备的安全产生重大影响[2]。

本文就某石化公司35 kV变电站的10 kV母线运行期间电容器发生闪爆事故，造成多台设备停运停产的严重现象，通过现场勘察和事故分析，找出原因，并提出防范和解决措施。

1 事故现场

2015年5月21日凌晨2点06分45秒，某石化公司35 kV变电站10 kV的电气监控管理系统(Electric Control System，ECS)出现大量报警信息，根据信息显示该变电所供电的聚丙烯装置挤压机、颗粒输送风机和空压机的油泵电动机等大量电动机出现运行停机的事故。

电气维护值班人员紧急到位，进行变电站现场勘察，发现一个10 kV电容器本体柜发生严重变形(见图1)，柜体顶部掀开，烟熏味浓重。由此判断电容器柜体发生闪爆，立刻将该电容柜退出运行。

图1 发生事故的柜体

2 事故原因分析

2.1 电容器闪爆原因

在断电情况下，打开电容器本体柜检查发现，柜体内用于保护电容器的高压三相熔断器均熔断，并有明显的三相短路迹象。通过观察外观发现，熔断器B相发热，绝缘损坏迹象最明显(见图2)。

图2 故障B相

判断三相熔断器故障是由于B相非正常发热引起，B相先行熔断，熔断后因支架弹力不足，熔体未及时从熔管中拉出，造成弧光放电形成接地短路，致使B、C两相相间短路，继而引发三相短路(见图3)。三相短路是造成电容器组闪爆的主要原因。

图3 三相短路情况

系统三相熔断器采用上海权开电气的RN2-10/0.5A户内高压限流熔断器作为电容器组的投切开关。其技术参数如下：额定电压为10 kV，额定电流为0.5 A，三相断流容量为1 000 MVA，最大开断电流的有效值为50 kA，过电压倍数不超过2.5倍的工作电压。查阅产品安装手册，未发现安装操作失误。再翻阅安装记录表发现，该产品的安装时间>7 a，运行时限较长，已经出现绝缘老化的迹象。

2.2 电动机停机原因

该站正常工作时运行方式如图4所示，1#、2#主变并列运行，电容器组C2在工作状态时，10 kV母线Ⅰ、Ⅱ段的隔离开关QF3及1#、2#主变的隔离开关QF1和QF2均处于闭合位置。电容器组C2出现闪爆后，QF4自身保护动作跳开，1#、2#主变第一、二套后备保护过流Ⅱ、Ⅲ保护第一时限动作跳开10 kV分段QF3，2#主变第一、二套后备保护过流Ⅱ、Ⅲ保护第二时限动作跳开QF2，故障设备切除。该站1#和2#主变第一、二套保护装置均采用国电南自的PSL691U线路保护测控装置，并联变压器组保护采用PSC691U电容器保护测控装置。装置投运时运行情况良好，定检情况达标。故障时，保护动作顺序正确。

图4 35 kV变电站一次系统站内运行图

电容器控制柜综合保护器故障时电流录波图如图5所示。由图5可以看出，三相短路时，单相电流波峰值达到11 461.571 A。故障时电压录波图如图6所示，由图6可以看出，单相电压波谷值降至1 306.747 V，持续时间约为60 ms。这使得10 kV母线电压产生波动，该原因是造成2#动力线上的聚丙烯挤压机、颗粒输送风机等电动机大面积停机的直接原因。

图5 故障时电流录波图

图6 故障时电压录波图

3 防范和解决措施

该次事故给生产的稳定运行造成严重危害，电气维护人员通过事故原因进行分析，实施更换受损设备、串接高压电抗器和按期定检设备等措施。

3.1 更换受损设备

对同一时期投入运行的电容器柜体中的高压三相熔断器进行检查和测试，发现70%的熔断器存在单相或多相内消弧管发黑和发热现象，且运行时间均>7 a，决定统一更换该批次产品。采用ABB公司的VD4真空断路器替换原来的三相熔断器。VD4真空断路器用于保护和控制发电机、电容器组和电缆等供配电设备。该产品符合GB 1984—2003、DLT403、德国VIEVDE0670和IEC 62271-100等标准的规定，具有在正常工作和故障条件(尤其短路情况)下，技术范围内操作运行安全可靠等性能，能够频繁、多次开断短路电流，适于重合闸操作。外形立式绝缘套筒的设计可防御多种气候的影响，延长设备的使用寿命。所选用的固定式VD4断路器技术参数如下：额定电压为12 kV，额定频率为50～60 Hz，额定电流为630 A(40 ℃)，额定短时耐受电流为25 kA(持续4 s)，关合能力为63 kA。电磁兼容性满足GB/T 11022-1999和IEC 60694-2002。

3.2 串接高压电抗器

负载包含晶闸管整流等谐波源设备，是引起谐波过电压的原因，此时电路等效于RLC串联电路，如果电网电压中某次谐波的频率fn接近或等于固有频率f0时，就会在谐波电压un作用下产生谐振。谐振可能引起电网出现较高过电压，电容器组则可能因为过电压而损坏，影响电网的稳定运行[3]。在电容量较大，f0不高的情况下，主要考虑3次、5次高次谐振的影响。为了限制谐波过电压，采取的措施是在电容器进线端串连电抗器XL，进行消谐处理。

XL=(5～5.6)%XC

(1)

先算容抗：

(2)

得到感抗：

XL=(5～5.6)%XC=18.1～20.3 (Ω)

(3)

3.3 按期定检设备

某石化公司每年4月份进行的电气检修项目中，将电容器柜的电气预防性试验纳入检修项目，主要测试电容值参数及其绝缘性能；同时，对电容器柜体内的断路器及其他设备，例如避雷器、温控装置和风机等每半年进行1次检查，确保风机和温控装置工作正常、电容器柜体通风效果良好和泄压通道畅通[6]。按月巡检电容器单位的外观和放电装置是否良好。

4 结语

通过半个多月的整改，2015年6月上旬所有设备全部更换和安装完毕，对于系统的一次侧和二次侧设备测试合格后，通电运行。迄今工作2年多，该35 kV变电站电容器组运行平稳，基本无重大事故出现，保证了生产的安全稳定进行。