第十五章 電力電容器的試驗狀態(tài)診斷

1、 Page 2 第十五章第十五章 電力電容器的試驗狀態(tài)診斷電力電容器的試驗狀態(tài)診斷 第一節(jié)第一節(jié) 電力電容器的結(jié)構(gòu)及其原理電力電容器的結(jié)構(gòu)及其原理 電力電容器主要由三部分組成：電容器極板、介質(zhì)材料和外殼。電容器極板是導(dǎo) 電良好的金屬材料，電容器的外殼有金屬外殼和絕緣外殼兩種，絕緣外殼最常見的是 電瓷外殼。電力電容器極板之間的介質(zhì)材料，同時起著儲藏能量和絕緣的雙重作用， 所以要求單位體積（或單位質(zhì)量）所儲藏的能量要大，并且要求損耗小、壽命長、工 藝性能好。常用的介質(zhì)材料有三類：固體介質(zhì)、液體介質(zhì)、金屬化紙和金屬化薄膜。 電力電容器在電力系統(tǒng)中起功率補償和過電壓保護等作用，電力電容器按其用途 可分

2、為高壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器、耦合電容器、脈沖電容器、直流電容器、斷路 器均壓并聯(lián)電容器、濾波電容器、防護電容器和標準電容器等類型。另外，還有一些 以電力電波通信、高頻保護、電氣測量、抽取電能裝置部件等。并聯(lián)電容器和耦合電 容器直接接在高壓輸電線與地之間，長期承受工頻電壓，并且必須能承受高壓線路上 發(fā)生的過電壓作用。所謂密集型電容器，其實是通過很多電容元件串并聯(lián)組合成的， 各元件一般都有熔絲保護，某一元容器為基礎(chǔ)，發(fā)展而成的成套裝置，如電容式電壓 互感器、并聯(lián)補償裝置、串聯(lián)補償裝置、沖擊電壓和沖擊電流發(fā)生裝置。 Page 3 并聯(lián)電容器又稱移相電容器，是用途最廣、生產(chǎn)量最大、最基本的一種電力電

3、容 器，它廣泛用于提高電力設(shè)備或系統(tǒng)的功率因素；均壓并聯(lián)電容器主要用于斷路器端 口的均壓及增加斷流容量；耦合電容器主要用于電力系統(tǒng)載件損壞并不會影響整個電 容器組的正常運行，如果把這些電容元件集合在一個油箱里，這種電容器稱為密集型 電容器。容量小的10kV電容器往往采用這種，對于容量較大的，考慮到體積及運輸， 各電容元件并不整合在一個油箱里。 全密封集合式并聯(lián)電容器，主要用于工頻50Hz或60Hz，額定電壓6kV、10kV、及 35kV的交流電力系統(tǒng)中用來提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)質(zhì)量、降低線路損耗，充分發(fā)揮 輸變電設(shè)備效能。全密封集合式并聯(lián)電容器主要由電容器單元組成的器身、波紋油箱、 絕緣冷卻油

4、、出線套管、支持絕緣子、壓力釋放閥及溫度控制器等部件構(gòu)成。采用波 紋油箱增大散熱面積、降低產(chǎn)品溫升。內(nèi)部絕緣冷卻油與外部大氣隔絕，避免油的老 化和潮氣的侵入，油體積變化通過波紋箱壁的伸縮得到充分補償。電容器單元采用內(nèi) 熔絲保護，可以在毫秒級的時間內(nèi)及時切除故障元件，使整臺電容器能繼續(xù)正常運行， 提高了產(chǎn)品運行的可靠性。由集合式并聯(lián)電容器和高壓真空或六氟化硫斷路器、串聯(lián) 電抗器、氧化鋅避雷器及放電線圈等設(shè)備組成的高壓并聯(lián)電容器成套裝置，具有裝置 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、容量大、占地省、安裝使用方便的優(yōu)點，產(chǎn)品為全戶外式，從而 大幅度節(jié)省了基建費用，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。 Page 4 其技術(shù)要求包

5、括以下方面： 1、產(chǎn)品使用的環(huán)境溫度類別為-40/B。 2、周圍不含腐蝕性氣體或蒸汽，無導(dǎo)電塵埃，無劇烈機械震動。 3、電容器內(nèi)部每個串聯(lián)組、串聯(lián)段間的電容之差不大于0.5%，三相單元中在任何兩個線 路端子之間測得的最大電容與最小電容之比不超過1.02。 4、電容器的電容偏差不超過額定值的+5/-0%。 5、在額定電壓下，溫度20時電容器損耗角正切值，膜紙復(fù)合介質(zhì)tg0.0008，全膜 介質(zhì)tg0.0005。 6、電容器在額定電壓、額定輸出環(huán)境溫度45時，外殼溫升不大于15K。 7、電容器采用符合標準的絕緣冷卻油，從油箱下部取出的油樣耐壓值不小于45kV， tg0.002。 8、其余符合IEC

6、60871-1:1999高電壓并聯(lián)電容器標準（當現(xiàn)行標準修訂時，則執(zhí)行頒 布的最新版本標準）。 Page 5 第二節(jié)第二節(jié) 電力電容器的絕緣試驗電力電容器的絕緣試驗 一、絕緣電阻測量試驗 1、絕緣電阻試驗 電力電容器絕緣電阻的測量，包括對兩極板間絕緣電阻測量，兩極對外殼的絕緣 電阻測量，低壓端對地絕緣電阻測量和套管對地絕緣電阻測量。 測量兩極對外殼的絕緣電阻目的是檢查電力電容器元件是否整體受潮，電力電容 器套管是否有損壞、有裂紋等?，F(xiàn)在試驗標準不要求對電力電容器進行兩極的直流電 壓試驗，因為直流電壓加于多元件串聯(lián)而成的電力電容器上時，每個元件上承受的電 壓主要決定于各元件的直流電阻，當其中有元

7、件損耗（如擊穿短路或嚴重受潮）時， 電壓將主要分布在其余絕緣良好的電容元件上，這樣如施加直流電壓很高，就可能造 成絕緣良好的元件被擊穿，最后導(dǎo)致整臺電力電容器的擊穿損壞。由于電力電容器極 間電容量較大，充電時間長，而兆歐表的容量相對較小，測量過程中兆歐表指針上升 很慢，如用手搖式兆歐表測量，其轉(zhuǎn)速難以穩(wěn)定，讀數(shù)困難，所以不測量兩極間的絕 緣電阻，只測量電力電容器兩極對外殼的絕緣電阻，屬一般性的檢查試驗，除在交接 和定期試驗外，在進行交流耐壓試驗前后均需測試。測量電力電容器兩極對外殼的絕 緣電阻時，應(yīng)將兩極短接，然后使用2500V兆歐表進行測量，絕緣良好的電力電容器在 室溫下一般大于2000M。

8、當絕緣電阻值與過去測量結(jié)果比較有明顯下降時，表明其內(nèi) 部可能受潮或瓷套管有缺陷，應(yīng)引起注意，加強監(jiān)視。 Page 6 測量結(jié)果采用比較法進行分析、判斷。絕緣電阻的判斷標準是：耦合電容器極間 絕緣電阻一般不小于5000 M。小套管對地絕緣電阻不小于1000 M，并聯(lián)電容器極 對殼絕緣電阻不小于2000 M。 二、介質(zhì)損耗角正切測量 測量介質(zhì)損耗角正切的目的是檢查其他電容器絕緣介質(zhì)的變化情況，據(jù)此可以判 斷內(nèi)部接線是否正確、絕緣是否受潮或存在某些局部缺陷等。測量電容值和通?？捎?平衡電橋法（QS1、QS3西林電橋）或不平衡電橋法（M型介質(zhì)試驗器）進行測量，也可 以采用瓦特表法和電壓電流表法等。對于

9、耦合電容器和斷路器電容器必須要通過介質(zhì) 損耗角正切測量。 規(guī)程和電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準（GB50150-91）（以下 簡稱）交接標準中給出了介質(zhì)損耗角正切值的規(guī)定值，但必須著重與該設(shè)備歷年 的值相比較，并和處于同樣運行條件下的同類設(shè)備相比較，突然明顯增大，即使值未 超過標準，也應(yīng)該引起注意，并查明原因。 Page 7 表15-1 兩種電容器絕緣比較 在現(xiàn)場進行測量時，儀器會受到現(xiàn)場磁場干擾，嚴重時會產(chǎn)生較大的誤差，甚至無 法測量。測量中可以通過轉(zhuǎn)換檢流計的極性開關(guān)，分別調(diào)節(jié)電橋達到平衡，然后求取兩 次的平均值，消除磁場的干擾；消除電場的干擾可以采取提高試驗電壓、盡量采用正接 線法

10、接線、在被測試品上加屏蔽罩以及選取電源相位、改變電源相位等方法使所加電壓 與干擾電壓同相或反相來消除干擾。 Page 8 在測量時應(yīng)注意下列因素的影響： （1）溫度的影響。溫度對測量影響較大，隨著溫度的升高而增高，且與絕緣結(jié)構(gòu)和 絕緣狀況有關(guān)，應(yīng)盡量選擇在相近的溫度條件下測量。 （2）頻率的影響。隨著頻率的增加將出現(xiàn)一個峰值，這是由于內(nèi)部極化損耗引起的。 （3）電壓的影響。在正常良好的絕緣情況下，一般不隨電壓變化（或略有變化）， 而當絕緣油明顯缺陷時，隨電壓的變化則很明顯，這時需要認真分析原因。 三、交流耐壓試驗 規(guī)程規(guī)定，在必要時對耦合電容器進行交流耐壓試驗，這主要是受試驗設(shè)備 的限制，但為

11、保證耦合電容器安全運行，不少地方在交接時增加了交流耐壓試驗項目， 收到一定的效果。 進行兩極對外殼的交流耐壓試驗，能比較有效地發(fā)現(xiàn)其油面下降、內(nèi)部進入潮 氣、瓷套管損壞以及機械損傷等缺陷。此項試驗要求試驗設(shè)備容量不大、現(xiàn)場容易實 現(xiàn)、方法簡單，因此被試驗標準列為交接時的比試項目。一般不作極間交流耐壓，因 為可能使電容器中的絕緣弱點更加發(fā)展，使電力電容器在運行中加速劣化。 兩極對外殼交流耐壓試驗標準見下表所列，交流耐壓時間為1min。如出廠試驗 電壓與下表不同時，交接時耐壓值應(yīng)為出廠值的85%。 Page 9 15-2 電力電容器兩極對外殼交流耐壓試驗標準 交接標準規(guī)定，只對并聯(lián)電容器進行交流耐

12、壓試驗，試驗?zāi)康闹饕桥袛嗥浣^緣 等電氣強度，從而檢查出外包油紙絕緣不良和由于油面下降引起的滑閃及內(nèi)瓷套不清潔 等缺陷。 Page 10 第三節(jié)第三節(jié) 電力電容器的電容量測量電力電容器的電容量測量 試驗標準規(guī)定，電力電容器在交接試驗時需要測量電容值。另外銘牌不明的亦需 要進行電容值的測量，必要時還要對運行中的電力電容器測量電容值，以了解電力電 容器可能存在的缺陷等。測量電力電容器電容值，有條件時可用專用儀表，而現(xiàn)場實 用的方法有交流阻抗計算法和雙電壓表法兩種。 一、電壓電流表法 電壓電流表法測量電力電容器電容量，也稱交流阻抗計算法，其試驗接線如圖15- 1所示。但外加的交流電壓為 ，流過唄試電

13、容器的電流為 時，則 （15-1） 故 （15-2） U I x UCI U I Cx Page 11 式中 試驗時，實測電流表值，mA； 試驗電源角頻率， ； 試驗時，實測的電壓值，V。 圖15-1接線方法 上述方法是建立在電力電容器的阻抗為純電容，而容抗值與電容值和電源頻率有 關(guān)，為保證試驗正確，最好用實測電源頻率計算。測量三相電力電容器時，仍可按上 述接線進行事宜，當需知各相電容值時，可通過相應(yīng)的測量和計算獲得。 I U f2 Page 12 新的電路電容器在制造過程中如工藝不良，可能會使電力電容器存在缺陷；運行 中的電力電容器在電壓和溫度作用下也會產(chǎn)生某些缺陷；此外，在進行破壞性試驗時

14、， 施加的高電壓也可能使電力電容器內(nèi)部的元件損壞。因此，測量電容值與出廠銘牌數(shù) 據(jù)相比較，可以發(fā)現(xiàn)一些缺陷。電容值的增大，可能是由于電力電容器內(nèi)部某些串并 聯(lián)元件擊穿所致；電容值的減小，可能是內(nèi)部元件有斷線、松脫所造成的，也可能是 電力電容器因外殼漏油造成嚴重缺陷使絕緣介質(zhì)性質(zhì)變化所引起。 電容器的電容量變化以百分率C（%）表示為 （15-3） 式中 被試電力電容器銘牌電容值、實測電容值。 測出的電容值可進行縱、橫比較，如實測值與過去測量值、銘牌值比較，耐壓前 后比較，三相之間的比較。 規(guī)程規(guī)定測得電容值不得超過出廠值的。 %100 1 12 C CC C 21 CC 、 Page 13 二、

15、雙電壓表法 雙電壓表的原理接線及相量圖如圖所示，根據(jù)相量關(guān)系可推導(dǎo)出計算公式 從而可以得到 或 式中， 為電壓表 的內(nèi)阻。 用以上方法測量時，很容易根據(jù)測量結(jié)果計算出單相電容器的電容量，但對于三 相電容器，則需要考慮不同接線方式的影響。下表分別給出了三角形或星型接線的三 相電容器電容（每相電容分別為 、 、 ）的測量方法和計算公式。 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 2 2 1 22 1 2 2 1 1 xxx C c CR U C R U U C I UUUU F U U R Cx 1 1 2 1 2 1 F U U R Cx 1 10 2 1 2 1 6 1 R 1 V 1 C

16、2 C 3 C Page 14 表15-4 三相三角形接線的電容器電容量的測量和計算公式 表15-5 三相星型接線電容器電容量的測量和計算公式 31 CCCA 32 CCCB 21 CCCC 2 1 BCA CCC C 2 2 ACB CCC C 2 3 CBA CCC C 2112 111 CCC 1331 111 CCC 3223 111 CCC 311223122331 233112 1 2 CCCCCC CCC C 231231122331 233112 2 2 CCCCCC CCC C 233123123112 233112 3 2 CCCCCC CCC C Page 15 第四節(jié)第

17、四節(jié) 電力電容器的故障診斷電力電容器的故障診斷 一、電力電容器滲油 滲漏油現(xiàn)象主要是由密封不嚴或不牢固造成的，電容器是全密封裝置，如密封不 嚴，空氣和水分以及雜質(zhì)都可能進入油箱內(nèi)部，造成絕緣受損，危害極大。因此，電 容器是不允許滲油的。在實際中，滲漏部位主要是在油箱焊縫和套管處，說明這些部 位焊接工藝不良，廠家對密封實驗沒有嚴格要求，不是逐臺試漏。按一般標準，應(yīng)加 熱到 75 ， 并保持2 小時的試驗，在進貨時應(yīng)嚴格要求廠家進行此項試驗。實際中 套管滲油的部位主要是根部法蘭、帽蓋和螺栓等焊口。滲漏的原因，有加工工藝問題， 還有結(jié)構(gòu)設(shè)計和人為的原因。螺栓和帽蓋所采用的焊接，其機械強度差，螺絲緊力

18、稍 大就會脫焊；有的變電所用硬母線連接螺桿，使螺栓受力，溫度變化時也受應(yīng)力，很 容易將螺桿焊口拉開；另外搬運時直接提套管以及運輸過程中的搬運不慎也會使焊縫 開裂。針對以上原因，分別對廠家和運行檢修人員采取措施，加強管理，滲漏問題就 會得到解決，輕微的滲漏可以用錫和環(huán)氧樹脂補。 Page 16 二、絕緣不良的分析及相應(yīng)的處理 這類現(xiàn)象是在預(yù)防性試驗中發(fā)現(xiàn)的，一般情況有以下兩種情況： （1）電容值過高 在長期加熱、電壓的壽命試驗中，電容值的變化是很小的。電容值的突然增高， 只能認為是部分電容元件擊穿短路。因為電容器是由多段元件串聯(lián)組成的，串聯(lián)段數(shù) 減少，電容才會增高。如果部分元件發(fā)生斷線，電容值將

19、會減少。 （2）另一部分絕緣不良的電容器是介質(zhì)損失角過大所致長期運行的電容器介質(zhì)損失 角會略有增加。但是，成倍的增長卻是不正常現(xiàn)象。由于只有發(fā)生局部放電和局部過 熱時，才會發(fā)生介質(zhì)損失角過大的問題。因此，我們對這些產(chǎn)品只能進行更換。 電極對油箱的絕緣強度一般是比較高的，但由于工藝上產(chǎn)生的缺陷，例如：在焊 接過程中燒傷了元件與油箱間的絕緣紙板，引線沒有包絕緣，油量不足，采用短尾套 管，從而造成絕緣距離不夠，瓷套質(zhì)量不良等，在試驗過程中都可能發(fā)生放電和套管 炸裂的故障。所以，應(yīng)該加強巡檢，及時發(fā)現(xiàn)事故隱患，并進行相應(yīng)的處理。 Page 17 三、電力電容器爆炸的原因及其處理 爆炸現(xiàn)象在近年來出現(xiàn)較

20、少，產(chǎn)生爆炸的根本原因是極間游離放電造成的電容器 極間擊穿短路。電容器只要配裝適當?shù)谋Ｗo熔絲，其安秒特性就小于油箱的爆裂特性。 當電容器發(fā)生短路擊穿時，熔絲將首先切斷電源，就能避免爆炸的產(chǎn)生，并且可以防 止著火和將鄰近的電容器炸壞。星形接線的電容器組，由于故障電流受到限制也很少 發(fā)生爆炸現(xiàn)象。因此可以肯定，單臺保護熔絲是很重要的裝置，其安秒特性配置適當， 就完全可以防止油箱爆裂，所以采用星形接線也是很重要的防爆措施。紙膜和全膜電 容器極間短路擊穿的性質(zhì)是有差異的。全紙和紙膜復(fù)合介質(zhì)的電容元件在局部放電后， 絕緣紙在高溫下碳化。由于碳化紙的隔離，會使放電維持一段時間，這時會產(chǎn)生大量 氣體。如果沒

21、有熔絲的保護，油箱將會爆裂。全膜電容器則在放電后，薄膜受高溫的 作用而熔化，使兩個電極接觸短聯(lián)，而不發(fā)生電弧放電，也不會產(chǎn)生氣體而引起爆炸。 所以，防爆應(yīng)選用全膜電容器。 四、過電壓及外力因素的破壞 由于開關(guān)重燃引起的操作過電壓和系統(tǒng)諧振曾經(jīng)損壞過一部分電容器，經(jīng)過配套 設(shè)備完善化，這類故障已經(jīng)很少發(fā)生。但是，因雷擊而造成電容器套管閃絡(luò)，或避雷 器距離電容器超過150m時，沒有起到防雷作用，也會損壞電容器。還有，套管外絕緣 強度和清潔等問題，也應(yīng)引起我們的重視。不過總的來說，過電壓對電容器的威脅不 大。由于小動物竄入電容器設(shè)施，使套管短路引起爆炸的事故時常發(fā)生，所以安裝適 當?shù)谋Ｗo遮攔是很有必

22、要的。 Page 18 五、運行溫度問題 環(huán)境溫度對電容器的運行溫度影響很大。有試驗表明，當溫度升高10，電容器 的電容量下降速度將加快一倍。電容器長期處于高電場強度和高溫下運行將引起絕緣 介質(zhì)老化和介質(zhì)損失角的增大，使電容器內(nèi)部溫升超過允許值而發(fā)熱，縮短電容器 的使用壽命，嚴重時，在高電場強度作用下導(dǎo)致電容器熱擊穿而損壞。 為了防止電容器因運行溫度過高導(dǎo)致絕緣壽命降低、電容量下降，運行中應(yīng)隨時 監(jiān)視和控制其環(huán)境溫度，盡可能采用強迫通風，改善電容器的散熱條件。湖南省夏季 溫度高，持續(xù)時間長，電容器室內(nèi)溫度經(jīng)常在45左右，即使采取了通風措施，也無 濟于事。為防止電容器因溫度過高使內(nèi)部油膨脹而造成

23、電容器的損壞。一般規(guī)定，當 周圍環(huán)境溫度超過+30時應(yīng)開啟通風裝置；空氣溫度在+40時，電容器外殼溫度不 得超過+55；空氣溫度超過+40時電容器應(yīng)停止運行。 六、高次諧波引起過電流 電容器對高次諧波最敏感，它可能在某一頻率下產(chǎn)生諧振，造成諧波電流過大。 諧波源負荷和電容器連接時，當電容器的容抗和系統(tǒng)的感抗在某一頻率下正好大小相 等方向相反，而發(fā)生并聯(lián)揩振時，諧波電流在系統(tǒng)和電容器之間流動， 使電容器過電 流。 要減少這種諧波過電流可采取以下方法:將電抗器與電容器串聯(lián)，以錯開諧振點。 串聯(lián)電抗器的電抗值應(yīng)大于電容器的容抗值，即XLnXcn。通常因5次諧波分量最大， 故電容器和電抗器的基本電抗為

24、XL、Xc 時，則5XL Xc/5， 所以 XL 1/25Xc。串聯(lián) 電抗器的電抗值取電容器容量的4%，一般取6%，以留有余地。 Page 19 1、高次諧波對電容器的危害 近年來，隨著大型電弧爐、整流設(shè)備、家用電器等非線性用電設(shè)備的廣泛應(yīng)用， 各種諧波源產(chǎn)生的高次諧波電流注入電網(wǎng)，從而引起電力系統(tǒng)的電壓和電流波形的嚴 重畸變。這些畸變的電壓和電流將對電容器造成更大的危害。流入電容器的諧波疊加 在電容器的基波上，如果電容器容抗與系統(tǒng)感抗相匹配構(gòu)成諧振，此諧振對高次諧波 產(chǎn)生放大作用，致使電容器過電流和過電壓，嚴重時可引起器內(nèi)部的絕緣介質(zhì)局部放 電，導(dǎo)致電容器鼓肚損壞，甚至使裝置無法正常投入運行

25、。 2、限制高次諧波的措施 對于電網(wǎng)中影響到電容器安全運行的諧波源，應(yīng)通過諧波測試及諧波測試及諧波 響應(yīng)分析找出該諧波源， 根據(jù)諧波源產(chǎn)生的原因采取相應(yīng)的措施。目前，最有效的辦 法是在電容器的回路中裝設(shè)適當參數(shù)的串聯(lián)電抗器或阻尼式限流器來限制電網(wǎng)諧波。 在選擇電抗器參數(shù)時，避免回路的容抗與系統(tǒng)感抗匹配產(chǎn)生諧振。在電力系統(tǒng)中， 三相電壓波形是對稱的，所以諧波中無偶次諧波分量，高次諧波主要是奇次分量。在 中性點絕緣系統(tǒng)中，3次諧波不能構(gòu)成回路，因此，只要重點考慮5次諧波分量對電容 器的影響?？紤]到感抗值應(yīng)有一定的裕度，所以一般取可靠系數(shù)為1.21.5。串聯(lián)電抗 值應(yīng)按下式選擇： Page 20 X

26、L =1.5Xc/n2=1.5Xc/52=0.06Xc 式中 XL串聯(lián)電抗器感抗() ； Xc電容器容抗() ； n諧波次數(shù)。 目前，在110kV及以下變電站內(nèi)，通常裝設(shè)4.5%6%的串聯(lián)電抗器或采用小電抗 值的阻尼式限流器方式，使得補償電容器回路的諧波總阻抗呈現(xiàn)感性。此外，它還能 夠限制電容器組的合閘涌流沖擊，減小電容器回路開斷時所產(chǎn)生的過電壓。 七、開斷電容器組引起操作過電壓 1、操作過電壓的形成 目前，用于操作10kV電容器組的斷路器多采用真空斷路器，但真空斷路器在合閘 時觸頭存在彈跳現(xiàn)象，因而容易發(fā)生合閘過電壓，過電壓的峰值一般比較低，對電容 器影響不大。由于電容器操作頻繁，特別是當開斷電容器組時，有可能造成電容器重 燃或重擊穿引起較高的過電壓。重燃過電壓一般指的是電弧熄滅后，在工頻