电力电容器常见故障剖析及应对措施

左 腾 吴金其

（1.国网浙江平湖市供电有限公司 2.浙江四方格林系统工程有限公司）

0 引言

电力电容器结构简单、性价比好［1］，在无功补偿领域极具作用，其广泛应用很好契合了电网中感性负荷急剧增长的局面［2］。但运行大数据显示：因制造、设计等环节的缺陷，或者谐波、环境等因素的作用［3－4］，电力电容器易发生故障，进而给电网运行带来威胁。本文将根据文献［5－6］给出的部分电网中电力电容器故障数据的统计，以故障机理分析为依托，结合故障特征研究，提出事故预防措施，以保障电力电容器的安全可靠运行。

1 电力电容器故障机理

电力电容器为全密封设备，其故障类型见图1。

图1 电力电容器故障类型

1）内部元件击穿［7］。造成该项故障的因素包括介质老化、绝缘受潮、生产工艺不良、运行环境恶劣等。电容元件击穿的细项分析可用图2进行展示。

图2中，电击穿往往发生于瞬间（因过电压持续时间较短），与温度关系不大；热击穿则是长时间稳态运行造成，其内部介质的温升与劣化有一个明显的轨迹；局部放电击穿一般由非贯穿电极的局部击穿逐渐发展为贯穿性绝缘击穿故障。

图2 电容元件发生击穿的类型分析

2）熔丝熔断。熔丝保护对电力电容器的安全稳定运行来说是非常重要的，可区划为外熔丝保护与内熔丝保护。前者的作用是将整个故障电容器隔离（即使故障发生在电容器内部），而后者仅将电容器内部的故障元件隔离（电容器仍可保持运行）。根据对大量运行实情的统计：①外熔丝易误熔断，原因为熔丝选型不当或接线端子接触不良；②内熔丝可能出现拒熔断，原因为熔丝与内部元件不匹配。

3）内部短路故障。主要形式为两种：①内部极间短路；②内部带电极板对外壳短路。内部短路故障可能与运行时间过长、内部受潮、设计制造缺陷等有关。

4）外部放电故障［2］。该类故障主要出现在电容器本体外部的套管部位（如沿面闪络等），一般在巡检中可明显辨识，且能借助继电保护隔离，其危害程度相对较小。

2 电力电容器故障表征及原因剖析

当电力电容器存在各种潜在或显在异常时，一般会有相应表征出现［3］，如图3所示。

图3 电力电容器存在运行异常处的表征特点

1）A层面展开。渗漏油现象会明显呈现在电力电容器外表，它一方面造成设备内部绝缘水平降低（因绝缘油减少了），另一方面致使外部潮气吸入（因油面下降了），最后均可能引发爆炸事故。渗漏油致因：焊接工艺不良、密封胶垫老化或受力不均、本体受到挤压或碰撞、运维缺乏所致的外壳锈蚀、套管密封性变差等。

2）B层面展开。电容器壳体允许少量形变（前提是由温度或电压正常波动引起）。但若电容器内部场强过高，将会使绝缘介质分解出大量气体，一方面加剧内部绝缘劣变，另一方面改变固有电气绝缘距离，极易引发火灾事件。壳体变形主要由于产品质量，如绝缘油性能不达标、电极与绝缘介质选材差、制造中不注意内部杂质残留等。

3）C层面展开。电力电容器使用寿命与其运行温度的关系：超过运行规定温度后，每升高8℃将使电容器寿命减半。温升异常对绝缘介质的热老化显然是致命的。温升异常致因：周遭通风差、过电流时间长、整流装置的高次谐波等。

4）D层面展开。电容器成套装置在运行中，因布置紧凑易吸附环境中的带电颗粒，使得套管表面污秽聚集，从而给套管瓷瓶沿面放电带来“便利”。

5）E层面展开。电容器内部无机械动作单元，正常不会有异声，一旦出现意味着内部有高能局放。

6）F层面展开。这归属恶性事故，不但危及全站供电，还可致人死亡，事故场景如图4所示。这类事故常由贯穿性短路故障造成。

图4 电力电容器爆裂事故场景展示

7）G层面展开。与变压器设备不同，电力电容器组的运行状态始终是满负载，因此回路电流一般较大，若各处连接头接触不良（安装原因或维护原因），必然导致连接处的异常发热，当持续时间过长，连接线熔断是大概率事件。

3 针对性防控措施的制定

根据前面关于电力电容器故障机制、特征、致因的研究，可制定出如图5所示的应对措施框架。

图5 电力电容器事故预防的措施体系

1）A层面展开。在制造上，务必确保原材料合格、生产装备达标，以及工艺流程的规范和出厂检验的严控。在安装阶段，本着“分相、分组”合理原则，确保“相与相”、“段与段”的电容量平衡；另外，交接验收要严格按验收指导书执行。

2）B层面展开。在对线路作停、送操作时，按“先断后合”原则操作电容器组，按“先合后断”原则操作各路负载。当恢复电力电容器运行时，应核验放电时间是否充足。对电容器组的投切应从控制策略上减少频繁度。若保护装置已发生过动作，则务必先查明原因并予以解决。为规避高次谐波入侵，应结合具体使用场所对电抗率作科学择定。

3）C层面展开。对于室内电容器组，一般须配置自动控温装置；对于室外电容器组，须考虑防太阳直射的措施，且要着力营造良好的通风散热条件。另外，定期红外测温必不可少。

4）D层面展开。当前，信息技术发展迅速，对电力设备运行状态采取在线监测已非难事。①要实时采集电力电容器实际运行电压，并按国家有关标准予以控制，以规避该类设备长期运行于过电压条件。②对一些重要的故障特征状态信息进行在线采集，如局放、介损、电容量、泄漏电流、有功损耗等，一方面可即时区判是否需停运检查，另一方面也可积累运行数据作运行趋势的预判，以推进状态检修的精准性。

5）E层面展开。日常巡视可发现图3中多类异常，若壳体形变、渗漏油、放电痕迹、瓷瓶污秽、连接处发热（借助示温片、红外测温仪）等，从而及时维护和检修，确保电容器组的稳健运行。

4 结束语

电力电容器是电网的重要组成设备，对稳定负载电压、保证电力供需经济性等意义重大。本文通过对造成电力电容器各类故障的机理、特征、致因作深度分析，然后提出针对性的预控措施，可作为变电站室内电容器组运维、线路柱上无功补偿运维等的有效参考。