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摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，变电站建设越来越多。电力电容器是变电站的重要核心组成元件之一，承担着电力系统无功调节的重要作用，电力电容器能否正常运行会影响电力系统的安全性、稳定性以及整个电网的运行质量。在实际的运行过程中，经常会受多种因素影响发生电容器被击穿损坏事故。文章主要就电力电容器运行过程中发生击穿后如何改行进行了阐述，重点讨论了电力电容器改进运行的原理和方案以及改造效果。
关键词：电力电容器;防击穿;改进设计
引言
当环境温度较高、散热条件不佳时，电容器内部温度较高，尤其在出现过电压的情况下，易出现击穿现象。尽管金属化膜所特有的自愈性能可使其工作在高工作场强下，电容失效仍然是导致直流支撑电容故障的主要原因。因此有必要深入研究直流叠加交流条件下直流支撑电容器用薄膜的自愈及击穿性能。
1电容器击穿的原因分析
由于电力电容器长期处于运载状态，经常会受到电网中各种非正常因素引起的过电流对电容器的冲击;当系统中电压、电流超越电容器的额定值时，将导致电容器内部介质损耗增加，造成过热加速绝缘老化，严重时会造成击穿。综合近年来变电站电容器被击穿的案例分析，主要原因有以下几种:1)制造工艺不良，使用中绝缘损坏下降，造成电容器内部原件击穿;2)电容器密封不良和漏油;3)操作不当，带电荷合闸;4)电容器组的布置和接线方式存在缺陷。通过分析总结，前两个原因均属于制造工艺问题，只能通过使用过程中及时巡查和维护避免。第三个原因为操作问题，可以通过加强培训规范操作避免。第四个原因属于电容器布置连接设计问题，需要引起供电部门高度重视。本文着重从电容器的布置和连接方式进行探讨。
2元件击穿模型及计算
电容元件击穿时，击穿点形成导电通道，导电通道的电阻（以下简称击穿点电阻）与元件电容呈并联关系。假设电容器的元件总数为n，每个元件的电容为C且tanδ=0，元件击穿点的电阻为R，则有一个元件击穿的耦合电容器模型如图1所示。
图1有一个元件击穿时的耦合电容器模型
3改进方案
以某集团公司35kV变电站为例，该变电站担负该集团公司南北供电网联系任务。该站的正常运行直接影响到矿井安全生产。2016年7月该站2号电容器2段跳闸，对2号电容器2段进行再合闸操作，均再次跳闸，显示保护电路保护跳闸，停电对电容柜进行检查，发现电容器损坏击穿。图2为原来电容器的布置和接线方式，由图1可知，电容器组每相采用5只电容为389uF的电容器串联，每个电容器耐压为800V，串联后耐压共为4000V左右，总容量为77．8uF。通过电抗变压器L接成星星接线，分合采用高压接触器C并入6kV主回路，保护采用电压互感器B作为取样，一次为星星接线，电压互感器B一次的星点和电容器、电抗器星点相连，在正常工作状态下，电容器、电抗器星点和电压互感器B星点都为零。电压互感器B二次无输出J不动作，J1闭合控制为典型的启、保、停工作方式;C得电，电容器正常工作。当三相电容器任意一相发生短路或开路、电容容量偏移超过额定值时，使L星点偏移同时电压互感器B的星点不为零，电压互感器B二次为典型的开口三角，当电压互感器B不为零，电压互感器B二次有电压输出，电压继电器J动作，使J1点断开，高压接触器释放，从而保护电容器不至于故障扩大。电容器发生故障后，首先切断高压电源、进行验电、放电、挂接地线，并对电容器进行放电，确保设备电容器不带电方可进行检修作业，工作前先断开220V控制电源，检查控制部分是否工作正常，正常情况下接触器C应该是按Q保持、按T断开，如不正常应检查接触器二次控制回路。如果以上工作正常，并且在带电合闸时J跟着动作，说明故障出现在电容器、电抗变压器、电压互感器等线路上，应重点检查电压互感器和电容器，检查电容器最好使用电容表进行，可以准确测量出每个电容器的容量，经认真检查，确定出被击穿的电容器，并测量出其它电容器的容量。由于5个电容器串联没有采用任何均压措施，当电容器容量发生老化容量改变后，每个电容器所承受的电压不相等，从而使容量变小的承受电压较高而击穿损坏。根据对故障的分析，确定改进方案如下:1)将原来低电压电容器串联方式改进为高电压电容并联，电容器采用4只BAM6．6/310021．92型电容器，电压为6．6kV，额定容量100kVar，电容容量21．92uF的高压电容器4组并联。通过使用高电压电容并联后，电抗器L接成星形连接，保留采用高压接触器C并入6kV主回路，如图3所示。既满足了电压要求，又提升电容器耐压，同时克服了电容器受压不均。2)加装微机自动投切控制单元，加装“自动/手动”转换开关及分合按钮，方便现场操作。
4判别元件击穿应注意的问题
明确了元件击穿时电容器电容变化率及tanδ增量与串联元件总数、击穿元件数及击穿点电阻的关系，有助对元件击穿后的参数变化进行分析判别。判别电容器是否有元件击穿，一般是根据其电容的变化情况来确定，因此必须要有电容器当前的试验数据和用于对比的历史试验数据，为了便于正确判别元件击穿，在测试及分析判断时应注意以下问题：1）试验数据除了电容及tanδ外，还应包括测试时的环境温度、测量电压和接线方式。每次测量尽量采用相同的测量电压和接线方式，测试时应尽量消除干扰，保证测试线与被试品的良好接触，减小测量误差。2）由于一个元件击穿引起的电容变化率约为元件总数的倒数，电容器元件数越少，单个元件击穿引起的电容变化越大，元件击穿也就越容易确定，因此对于由多个单元串联而成的电容器，应分别测量每一单元的电容及tanδ。3）当电容器的串联元件数较多时，一个元件击穿引起的电容变化量相对较小；而测量误差、温度变化也都会引起电容测量值变化，这将导致难以确定是否有元件击穿。这时可通过比较同型号同批次电容器的电容变化或通过计算温度引起的电容变化来排除这些影响。4）电容器有元件击穿时，tanδ不一定会发生变化。许多情况下，击穿点电阻接近于零，tanδ无明显
变化。此时，k个元件击穿引起的电容变化率为。击穿元件数k可用下式计算式中：C0为电容器的历史电容值；C1为电容器的当前电容值；n为元件总数。当k接近或大于1时可认为有元件击穿。5）当有元件击穿且tanδ的增量较大时，击穿点电阻不为零，k个元件击穿引起的电容变化率小于，由上式计算出的元
件击穿数相比实际的元件击穿数偏小。由于击穿点电阻不是一个稳定值，会随时间、应力及测量电压的变化而变化，此时的tanδ测量值重复性较差。
图2改进前电容器布置和接线方式图3改进后电容器布置和接线方式
结束语
综上所述，经过以上的改进，弥补了系统的缺陷，克服了检修过程中无法解决的问题，解决了电容器易被击穿的故障，提高了矿井的供电安全，给安全生产提供了保障，在保证设备正常运行下还能节约整体更换电容器的费用。
参考文献
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