电容器发热缺陷及其原因分析与处理

【摘要】作为提供电压支撑的并联电容器广泛用于各级变电站，对保证用户电能质量起到了关键作用。近年来湖南地区负荷日益增长，迎峰度夏期间面临很大的供电压力，同时电容器发热问题在迎峰度夏期间呈现爆发式增长，影响了供电可靠性。本文介绍电容器的发热类型及其原因，提供可行的处理方案。

【关键词】电容器;发热;哈弗线夹

1、引言

并联电容器一般并联在各电压等级变电站的低压侧母线上，对母线电压进行支撑，平衡系统无功平衡、减少损耗。在迎峰度夏期间，电容器发热缺陷消缺工作占用了一线班组大量时间，且当前的处理方式无法彻底解决，导致电容器发热缺陷反复发生，对供电可靠性造成了负面影响。

2、电容器发热介绍

2.1电容器组结构

电容器组分为集合式电容器组与单体式电容器组。前者为多个单体电容器串并联连接后置于油绝缘的密闭箱体内，通过套管引出三相及中性线;单体式电容器组由多个外露于空气的单体电容器串并联连接构成。本文主要针对单体式电容器组发热缺陷进行讨论。

单体式电容器组在实际安装时一般有两种结构：一是无汇流母排结构，即用整条软铜线顺次连接各单体电容桩头，在电容器组首端、中性点及尾端连接到母排;二是设置专用汇流母排，单体电容器通过短铜线直接连接至汇流母排。前者是软铜线承担全部的电流，首尾电流大;后者单体电容短铜线仅通过自身的电流，而总电流由母排汇流承担。如图1所示为采用方式一连接结构10kV并联电容器组示意图，三相1号电容器进线侧、6号电容器中性线侧桩头处铜线均流过整相电流。

电容器桩头与导线可采用两种方式实现电气连接：一是通过压接接线鼻子方式进行连接，二是采用哈弗线夹进行连接。

2.2哈弗线夹连接方式

图2所示为哈弗线夹压片实物图，通过两片压片连接导线与电容器桩头，实现电容器的串并联。

图3为电容器套管桩头与串并联铜线通过哈弗线夹进行连接示意图。通过锁紧螺母压紧作用，哈弗线夹中部直接受力，端部压紧夹持圆弧内导线。因哈弗线夹中部通孔大于螺杆外径，压住软铜线后两片压片中部不接触，电流路径为：

软铜线→线夹夹持圆弧→导电底座以及软铜线→线夹夹持圆弧→锁紧螺母→螺杆

因此存在4处接触面，即：

接触面1：导电底座与线夹下压片接触面

接触面2：锁紧螺母与线夹上压片接触面

接触面3：螺杆与锁紧螺母间螺纹接触面

接触面4：软铜线与夹片夹持圆弧接触面

2.3电容器组常见发热缺陷

总结多年的实际工作，电容器组发热主要有以下三类：

（1）外熔断器缺陷发热。

（2）铜铝直接接触发生电化学腐蚀造成的发热。

（3）紧固螺栓松动造成的发热。

（4）电容器桩头发热

3、电容器发热原因分析及处理

3.1熔断器发热

熔断器本体发热原因有熔管与管帽间连接不紧密，造成电流通路接触电阻增大，该缺陷紧固接触面即可;或为容量选择偏小造成通流过载发热。

3.2铜铝直接接触造成发热

户外布置的电容器组，在潮湿环境中，铜铝直接对接形成原电池，铝端丢失电子而发生腐蚀，造成的松动、接触面劣化等导致接触电阻增大，造成发热缺陷。

采用加装铜铝过渡片可以解决上述缺陷，但需保证过渡片的平整、整洁。对于现场制作的铜铝复合片，加工时易造成接触面平整性的破坏，建议采用自带焊有铜铝复合片的线夹。同时接触面镀银、将铝材质更换为铜质并严格进行入网验收，可避免此类缺陷发生。

3.3紧固螺栓缺陷造成发热

在实际应用中，导电部分材质为铜质，紧固件为镀锌螺栓。电容器组因运行需要需经常投切，尤其在迎峰度夏期间负荷变化剧烈，电流从几百安培至零劇烈变化。在通过大电流时导体热膨胀，退出运行后冷却，因热膨胀系数不同，造成紧固件与导体间产生缝隙，造成松动导致接触不良出现发热。统一紧固件及导体材质、采用记忆合金垫片可降低此类缺陷出现。

3.4电容器桩头发热

通过对大量电容器桩头发热的情况进行统计，此类缺陷存在如下规律：

（1）一般发生于采用整条软导线汇流方式电容器组的首、末单体电容器桩头，如图1中的1、2电容器进线侧桩头及6、7号电容器中性线侧桩头。

（2）采用多股细软铜线连接的桩头发热多于采用多股粗硬铜线连接的桩头。

（3）桩头发热的电容器，多数采用哈弗线夹。

采用整条软铜线进行连接及汇流的方式下，整组电流在首末端的汇集，对桩头的发热存在助推作用。若导线线径及通流能力选择不合理，导线发热将加剧桩头发热。

多股细软铜丝绕制的连接线，因单根铜丝线径小，在运行中极易氧化而造成有效截面减少。铜丝间绕制并不紧密，存在空隙，在雨水作用下内部易积污，特别是在柱头部位的积污易造成接触不良，诱发柱头发热;同时细铜丝质地柔软，安装时受力易发生非弹性形变，有效接触面的接触压力大打折扣。

哈弗线夹为对称压片压紧方式，中部的缺口导致其内导线不具备密封运行条件。且无有效的防雨、防尘措施，在户外恶劣运行环境下，灰尘伴随着雨水可渗入易积水、积污的夹片圆弧凹槽处。

哈弗线夹内径无螺纹，与电容器桩头螺杆间为非紧密配合，线夹与导电杆不直接接触，雨水可顺螺杆螺纹进入线夹与柱头导电底座接触面间，由前述哈弗线夹通流路径分析，该结构易造成柱头的发热，如图4所示为导电底座积污严重及线夹烧损实例。

哈弗线夹为中部受到螺母向下压紧力作用，压接导线部位较中间部位薄，上下压片间存在缝隙，靠单螺母压紧，受力中间大、四周小，导线与线夹间压接接触效果减弱，压紧力过大时在易发生折断导致发热。

针对柱头发热，有如下方式进行针对性考虑：

（1）采用专用汇流母排進行汇流，可从设计选型及验收过程进行把控，对已投运电容器，可进行相应改造。

（2）在不改变汇流方式下，可改用具有绝缘护套的多股镀锡硬质粗铜线绕制的铜缆。绝缘护套可有效防止灰尘的进入并有效减小氧化而造成的有效截面损失。加大单根铜丝的线径，增加导线整体的硬度，增加压接时的接触压力。适当增加导线总截面，对导线进行扩容，如图5所示。

（3）因哈弗线夹固有设计缺陷造成的柱头发热，现有处理方式无法保证长期运行时不发热。，有两种思路解决此缺陷：

思路一：采用新型线夹，改变接触面密封状况，防止污物侵入，增大接触面。

文献[1]提供了一种改造方式，该方式完全摈弃了哈弗线夹，采用H型专用线夹结构。软铜导线通过压接方式与H型线夹紧密相连，线夹中部通孔固定在桩头上，通过螺栓固定。该方式解决了哈弗线夹密封不良、受力不均、接触面积偏小等问题，具有较好的实际应用价值。但安装时需逐个穿过铜线并在特定的位置实施压接，安装效率低;若电容器故障更换为不同尺寸产品，不便改造。

文献[2]提出将SBK-1-M16型变压器专用线夹用于连接电容器桩头的方案。采用短铜线与铜线鼻压接后接在SBK-1-M16型线夹上，但导线分段压接，同样存在施工效率低问题。

思路二：不改变哈弗线夹结构，采用外加防雨罩方式，改善线夹的恶劣运行环境，创造一个适宜其运行的微环境，防止外部水分及尘埃影响。在保证良好接触的前提下，加装防雨罩，对户外运行的电容器发热缺陷可收到很好的效果。

思路三：调整哈弗线夹结构及导线。取消压接部位的缺口，防止雨水进入导线与线夹接触部位;采用增大、增厚线夹方式增加通流容量，如图5所示。

3.5 新型线夹设计

在采用不同方式对老旧电容器组进行改造过程中，发现以下问题：

（1）受限于电容器桩头高度，增大多股铜线截面时柱头最顶部仅仅够安装一个螺母，无法安装防松螺母。

（2）采用压接接线鼻子方式连接单体电容器时，每个柱头上均要安装四个接线鼻子，无法保证接线鼻子间具有足够的接触面积。同时该方式连接单体电容器时，工作量大，效率低。

针对以上实际情况并考虑哈弗线夹的固有缺陷，设计出新型线夹示意图如图6所示。

线夹采用内螺纹方式与电容器柱头进行连接，并用侧向螺栓进行锁紧，顶部可根据实际需要决定是否增加垂直方向的螺母，减少了接触面、增加了有效接触面积。线夹与导线的连接，采用两个U型抱夹进行压紧，导线位于内部圆形槽内，可隔离雨水。安装时依旧采用整条铜缆方式进行安装，更换不同尺寸单体电容时，借助两个U型环，可快速进行导线的连接，将新单体电容器接入电容器组。

结语：

本文进行了梳理电容器组常见的发热缺陷，并对提出了解决措施。特别地，针对电容器桩头发热，从电容器组汇流连接方式、哈弗线夹结构进行了深入细致的分析。针对在实际工作中遇到的困难，设计了一种新型的线夹，可快速用于老旧、发热故障频发的电容器组的改造。

参考文献：

[1]张小平，刘小波，苏文宇.电容器组连接件发热故障分析及解决措施[J].电力电容器与无功补偿，2016， 37（5）.

[2]黄斌，苏文宇，刘小波.电容器连接组件过热原因分析与设计改进[J].电力电容器与无功补偿，2012（3）：40-43.

作者简介：

谭明甜（1990.01-），男，汉族，湖南邵阳人，硕士，助理工程师，主要从事电力设备检修工作。