代佩
鄂尔多斯电业局变电管理一处 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017010
摘要：并联电容器装置作为目前应用最广泛的无功补偿方式，在降低变压器和线路损耗、提高功率因数方面发挥了重要作用。本文对220kV变电站并联电容器装置故障进行了详细的探讨。
关键词：220kV变电站；并联电容器装置；故障实例；成因
并联电容器装置是目前电网中使用最多的无功补偿装置，这些并联电容器装置为电力系统稳定安全运行、改善电能质量、降低电能损耗、增加输配电能力等发挥了很好作用，其可用率对电网电压调节和降损节能有着重要作用。
一、变电站概述
变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。变电站内的电气设备分为一、二次设备。其中，一次设备指直接生产、输送、分配和使用电能的设备，主要包括变压器、高压断路器、隔离开关、母线、避雷器、电容器、电抗器等。而二次设备是指对一次设备和系统的运行工况进行测量、监视、控制和保护的设备，它主要由包括继电保护装置、自动装置、测控装置、计量装置、自动化系统及为二次设备提供电源的直流设备。
二、并联电容器装置的分类
并联电容器(shunt capacitor)原称移相电容器,主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。
1、构架式(组装框架式)电容器装置。构架式电容器组是将单台壳式电容器安装在框架上，框架采用热镀锌的型钢材料，是传统的结构形式。这类产品使用时间最长，运行经验丰富。优点是安全距离大，故障影响范围小、检修维护方便、容量增减灵活、单位容量造价较低。缺点是占地面积较大、安装及检修维护工作量大。
2、集合式(箱式)电容器装置。箱式电容器是在集合式电容器基础上发展起来的一种电容器，与集合式电容器的不同之处是内部单元电容器无外壳，直接浸入绝缘油中，外壳大油箱采用波纹油箱或带金属膨胀器，与外部完全隔离。由于材料用量少，价格比集合式电容器要低。缺点是内部元件发生故障后，会对大油箱内的绝缘油造成污染。????
3、柜式电容器装置。柜式电容器组是将电容器带电部分用金属封闭起来，四周外壳接地。优点是结构紧凑，无需设置隔离围栏。缺点是带电部分封闭后通风散热条件较差，内部湿度较大时易形成凝露，造成闪络放电。
三、220kV变电站并联电容器装置故障实例
1、变电站电容器基本情况。某新建变电站，110kV侧为电源端，35kV无负荷，安装了4套电容器，其中将5、6#配设在35kV2#母线。所选的电容器为双星状接线，电抗率达到5%，双星状电容器组分享一个绝缘平台，变电站采用轮流投运模式，一次运行1～2套设备。
2、故障概况。某天天气晴朗，按规定保护220kV侧电压，据此来检测电容器设备投运与否。发现35kV开关场出现故障声音，6#设备间出现烟雾，且主控室也发出异响。不平衡保护发出动作，开关分闸指示灯响应。其中，只有A相的电抗器颜色发生变化，由于遭受来自于电容器喷射的油烟，有变黑迹象，剩下的配套不存在异常。
四、220kV变电站并联电容器装置故障成因
1、电容器质量问题。其余3组装置一直安全运行，无任何异常，表明产品制造质量良好。
2、操作过电压。避雷器的计数器显示次数，A相:1次，B相:0次，C相:1次，与过去记录相同。避雷器放电计数无动作，表明本次操作过电压未超过施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值，不存在操作过电压。
3、系统电压升高。
母线电压的最大极值为37.91kV，同过电压保护一次整定值40.25kV间存在差距，也就是尚未满足1.1倍装备额定电压，此时的过电压保护也无响应，所以，其中存在系统电压上升因素所形成的故障干扰。
4、合闸涌流。并联电容器装置有一个合闸涌流限值，宜取电容器组额定电流的20倍；当超过时，应采用装设串联电抗器予以限制。单组电容器投入，通常合闸涌流不大。实际上，只要装设有抑制谐波的串联电抗器，合闸涌流均不会超过电容器组额定电流的20倍。6#装置发生故障时，为单组投入，且有5%串联电抗器，可不考虑合闸涌流影响。
5、谐波因素。因此变电站刚建设投运，而且从110kV端为电源供应端，35kV侧几乎无负荷，意味着变压器会空载工作，无功倒送变压器高压侧，整体上处于不协调、不平衡的运行模式，其中难免出现谐波。常规模式下，出现三相多台电容器受损，有可能这种破坏力来自于系统。若存在谐波干扰因素，则要借助电容器来控制，通过参照电网中谐波含量来明确电抗率，从而结合现实情况来选择电抗率，要想控制变大的谐波，具体的配置原则：让电容器组接入未知的综合谐波阻抗更具感性。要结合电网背景谐波来决定电抗率：
①若电网背景谐波≧5次，电抗率在4.5～5%为合适。
②电网背景谐波≧3次，电抗率可遵从以下方法：可将一切电容器的电抗率设成12%，或采用4.5%与12%电抗率同时投运的模式，这种组合的前提是电容器组数较多，这样不仅能控制成本，控制电抗器所损耗的容性无功。若电抗率选择5%，则无法有效控制5次以下的谐波电流，还将增大这部分电流，带来谐振问题。
假设选择电容器组合方式，则要注意谐振容量问题，严控谐波过分地放大、谐振等现象，而且电容器接入的支路，对应的各端母线，无论哪次谐波量都要控制在国家规定标准范围内。
出现谐振的电容器容量，具体可参照如下公式：Qcx=Sd()。式中：Qcx-出现n次谐振的电容器容量，Sd-电容器配设处的母线短路容量，n-谐波次数，K-电抗率。
通过以上公式，当短路电流值为最小时，如果得出n<4,意味着补偿容量大致接近谐振容量，从而判断谐波谐振为故障成因，最终的谐波检测表明：4次谐波电流含量仅次于5次，意味着4次谐波谐振为故障原因。
6、电容器设备保护。电容器通常都设置了多种保护，如：过电压与过电流保护、失压保护、故障不平衡保护等。结合实际，选择中性点不平衡电流保护。
五、建议
1、电抗率配置应使装置接入处综合谐波阻抗呈感性。由于还有3组同容量的并联电容器装置一直安全运行，更改分组电容器容量以避开谐振容量不现实，因此必须采用12%电抗率配置电容器组，以避免谐振损坏电容器问题的再次发生。可将本次故障装置改造成12%电抗率配置电容器组，否则该站不宜再运行5%电抗率配置电容器组。以后新增预留的装置时，分组电容器按各种容量组合运行时，应避开谐振容量，不得发生谐波的严重放大和谐振。
2、调整保护整定值。按国网公司招标文件中标准技术参数表，在继电保护整定计算中，完好元件允许过电压倍数≤1.3，按内熔丝熔断两根，元件过电压1.23倍，整定值应为0.08A。因此，可按元件过电压1.23倍整定中性点不平衡电流保护，中性点不平衡电流值宜取0.08A。
3、可对故障装置的外表无异常电容器进行电容器极间、极对壳耐压试验和电容值测量，符合要求者可继续使用，不合格者更换新电容器。
综上所述，整个变电系统中，并联电容器属于典型的无功补偿设备，维持着整个电力系统的平稳、安全，同时也能有效地优化电能质量，控制电能损耗等，相反，当并联电容器设备出现故障时，则将对整个变电站带来不良影响，甚至影响到整个配网系统的安全。应深入故障现场来具体分析故障成因，才能有针对性地解决问题。
参考文献：
[1]马维勇.一起220 kV变电站并联电容器装置故障分析[J].电力电容器与无功补偿，2015(02).
[2]黄嘉成.220kV变电站并联电容器装置故障实例分析[J].山西电力，2015(04).