分析一例10千伏电容器开关柜故障
来源：UC论文网2015-12-01 18:04
摘要：
摘要：文章针对某变电站一例10kV电容器开关柜柜内发生CT短路事故造成10kV母线失压的故障进行了分析，找出了事故发生的原因，并制定了相应的应对措施，对于类似事故的处理以及防范
摘要：文章针对某变电站一例10kV电容器开关柜柜内发生CT短路事故造成10kV母线失压的故障进行了分析，找出了事故发生的原因，并制定了相应的应对措施，对于类似事故的处理以及防范提供了经验。
关键词：电流互感器；电容器；故障
电容器在电力系统中的主要作用是提高功率因数，减少线损，对于保证用户的电能质量以及提高经济效益具有重要作用，在10kV系统中部分电容器采用的室外安装的方案，运行条件相对较差，易在运行中产生故障，而故障的处理不及时或者处理措施不当会造成一定的安全隐患，造成事故的进一步扩大，造成不必要的损失。
一、故障概况
2011年5月10日某220kV变电站10kV#5电容器间隔所属串联电抗器因小动物进入造成A、B相间短路，电容器保护装置过流I段动作，开关跳闸切除故障，之后检修人员对该间隔内设备进行状态检查并进行高压试验，试验所得数据符合相关规程要求。
2011年5月11日15时，#5电容器进行送电试运行，断路器合闸瞬间开关柜柜体内发生故障，电流互感器（CT）上接线端子处发生三相弧光短路，#5电容器保护装置没有动作造成#2主变低压侧后备保护复压过流I段动作，跳开变压器低压侧断路器切除故障，该保护动作造成10kV南母II段全部失压，之后#4电容器、#5电容器保护装置低电压保护动作出口，跳开两台断路器。
故障间隔内设备基本情况如表1.1所示：
表1.1故障间隔内设备基本情况
设备类型 设备型号 生产厂家 出厂日期 投运日期
断路器 VEP12T1231D22P21W 厦门华电开关有限公司 2008.7 2008.12
电流互感器 LZZBJ9-10A1 江苏靖江互感器厂 2008.7 2008.12
避雷器 HY5CZ-17/45 上海西博高压电器有限公司 2008.6 2008.12
二、原因分析
设备发生故障后，检修人员迅速赶到现场对故障进行分析和处理。
2.1设备外观检查分析
#5电容器柜发生故障后，首先对故障现场设备状态进行检查，结果发现间隔内所属电流互感器（CT）接线板上端棱角经电弧放电严重烧损，出现局部烧融现象，其中B、C相短路痕迹较严重，A相较轻，CT上及柜内发现多个金属融斑，如图2.1所示。柜内CT上方金属挡板疑似经电弧热浪冲击产生高温退火造成变形和变色，柜体后下部玻璃观察窗承受压力释放破裂，开关，零序CT、开关手车等其它元件外观检查无异常，CT引线A、B、C相间距离为130mm，大于规程所要求的125mm。据此判断，造成此次故障的原因应为柜内CT上部接线板B、C首先发生相间短路，之后故障转换为三相短路，CT短路之后，电容器保护装置采集不到电流数据发生拒动，等待一段时间以后，电压器低压侧后备保护复压过流I段动作跳开变压器低压侧开关切除10kV南母隔离故障，母线失压后电压消失，母线上所带#4、#5电容器保护装置低电压保护动作跳开两台开关，故障消失。
图2.1间隔内CT接线柱故障状态
2.2试验数据分析
在初步确定故障原因之后，检修人员对#5电容器柜内避雷器、CT及开关进行高压试验，以进一步进行定性分析。经过高压试验发现柜内避雷器的工频放电电压由原来的29kV降低为24kV，CT耐压试验无法通过，内外绝缘受损，开关试验数据正常。据此分析，确认故障点应在CT处连接板处，发生三相短路之后造成绝缘受损，同时产生过电压，避雷器受过电压动作造成内部间隙或电阻片部分击穿。
2.3技术分析
2.3.1前一日开关跳闸及日常开断并联电容器组产生过电压的影响：
真空开关本身具有较强的灭弧能力，开断电流时易产生截流现象，产生操作过电压，特别是对于前置电抗器的电容器组所产生过电压会更高。经过核实，该开关在开关单个电容器组时开断电流为630A，而在开断背对背电容器组时开断电流为400A，#5电容器组正常负荷电流为420A左右，因此在4#、5#电容器同时运行时，开断任一组电容器时电流将超过额定开断电流值，产生过电压从而使得间隔内设备的绝缘性能逐渐降低，对设备产生危害，这是导致故障发生的诱因。
2.3.2前一日电抗器短路故障时过电流的影响：
5月10日#5电容器间隔所属前置电抗器因小动物进入，造成A、B相间短路，故障短路电流为1400A，从而对#5电容器柜内CT产生了一定的电动力及热效应冲击，造成CT接线板处轻微变形，接触压力进一步降低，温升进一步升高，是造成本次故障的又一诱因。
2.3.3#5电容器开关合闸过电压及合闸涌流产生过电压的影响：
电容器真空开关合闸时将引起一定的过电压，一般为3～4倍的额定电压，就幅值来说对正常设备的绝缘影响应较小，但过电压的振荡频率范围由几十赫兹到几千赫兹，并且振荡频率和波形对设备放电电压水平有很大影响，并非恒定。
电容器合闸瞬间会产生合闸涌流，当彩4#电容器在运行状态，再投入彩5#电容器时，这时的合闸瞬间，将产生追加的合闸涌流，特别是在系统电压处于最大值瞬间合闸时，追加涌流将达到最大值，可达电容器额定电流峰值的6倍以上，再加之振荡频率很高，通过电流互感器时，将产生很大的感应电压，感应电压破坏CT引线之间的绝缘，造成绝缘水平进一步降低。
三、结论及应对措施
综合以上分析，我们认为#5电容器开关柜内产生的短路故障原因是：电容器投入后长时间满负荷运行，而柜内CT引线接线板接触面较小，仅靠两个螺栓压接，日常运行过程中的灰尘、水分会促使接触面氧化，接触电阻增大，导致接线板处温度升高，加速了CT绝缘的老化。5月10日故障跳闸时的过电压和故障大电流诱使CT绝缘进一步老化，11日合闸瞬间过电压，CT接线端子作为间隔内设备绝缘薄弱点，在CT的B（或C）相上端接触面处产生电弧，柜内空间狭窄，又没有绝缘热缩，弧光引发相间绝缘击穿导致相间短路。
为杜绝此类故障的再次发生，制定以下几项措施：
1、加强对设备的验收、维护、检修、试验工作，提高设备运行可靠性。
2、对电容器间隔内室外设备发生故障后不仅要对发生故障点额设备进行检查和处理，还要对开关柜内设备的运行状态进行检查，及时发现事故隐患。
3、对室外安装电容器裸露导线进行热缩处理，避免小动物进入引发的短路故障，同时对开关柜内连接导线进行热缩处理，提高绝缘水平，避免事故的进一步发展和扩大。
4、规范设备的安装工艺，对设备引线接线板要可靠压接，保证一定的接触压力，降低接触电阻，控制运行过程中的温升在合格值范围之内。
5、认真贯彻执行《高压电容器管理规范》中的反事故措施，规范电容器开关柜内避雷器的选型，将目前采用的带间隙的氧化锌避雷器更换为无间隙的氧化锌避雷器，获得更好的过电压保护配合。
四、结束语
电容器及间隔内设备的正常运行是保证电能质量的重要组成部分之一，通过以上对电容器柜内CT发生短路从而造成10kV母线失压的故障分析可以看出，电容器组及柜内设备的安装及设备选型存在一定的缺陷，从而说明严把高压设备安装质量验收关、合适良好的设备选型、科学优化的设计和丰富运行管理经验是防止间隔内设备发生故障的的重要条件，从而更好的保证设备的安全运行，为用户提供优质的电力产品，保障经济和社会发展。
参考文献
[1]周泽存.高电压技术[M],北京:水利电力出版社,1994
[2]中国电力企业联合会.高压并联电容器装置使用技术条件[S],2009.12
[3]杨溢.变电站10kV电容器组故障原因分析[J],华中电力,2010(23),61-62
[4]匡红刚;刘震;陈勇军等.新投10kV并联电容器组避雷器炸裂故障分析[J],电气应用,2009(5),58-61
[5]安宗贵.切合并联电容器组暂态过电压问题研究[J],电力电容器,2005(2),64-66
关键词：电流互感器；电容器；故障
电容器在电力系统中的主要作用是提高功率因数，减少线损，对于保证用户的电能质量以及提高经济效益具有重要作用，在10kV系统中部分电容器采用的室外安装的方案，运行条件相对较差，易在运行中产生故障，而故障的处理不及时或者处理措施不当会造成一定的安全隐患，造成事故的进一步扩大，造成不必要的损失。
一、故障概况
2011年5月10日某220kV变电站10kV#5电容器间隔所属串联电抗器因小动物进入造成A、B相间短路，电容器保护装置过流I段动作，开关跳闸切除故障，之后检修人员对该间隔内设备进行状态检查并进行高压试验，试验所得数据符合相关规程要求。
2011年5月11日15时，#5电容器进行送电试运行，断路器合闸瞬间开关柜柜体内发生故障，电流互感器（CT）上接线端子处发生三相弧光短路，#5电容器保护装置没有动作造成#2主变低压侧后备保护复压过流I段动作，跳开变压器低压侧断路器切除故障，该保护动作造成10kV南母II段全部失压，之后#4电容器、#5电容器保护装置低电压保护动作出口，跳开两台断路器。
故障间隔内设备基本情况如表1.1所示：
表1.1故障间隔内设备基本情况
设备类型 设备型号 生产厂家 出厂日期 投运日期
断路器 VEP12T1231D22P21W 厦门华电开关有限公司 2008.7 2008.12
电流互感器 LZZBJ9-10A1 江苏靖江互感器厂 2008.7 2008.12
避雷器 HY5CZ-17/45 上海西博高压电器有限公司 2008.6 2008.12
二、原因分析
设备发生故障后，检修人员迅速赶到现场对故障进行分析和处理。
2.1设备外观检查分析
#5电容器柜发生故障后，首先对故障现场设备状态进行检查，结果发现间隔内所属电流互感器（CT）接线板上端棱角经电弧放电严重烧损，出现局部烧融现象，其中B、C相短路痕迹较严重，A相较轻，CT上及柜内发现多个金属融斑，如图2.1所示。柜内CT上方金属挡板疑似经电弧热浪冲击产生高温退火造成变形和变色，柜体后下部玻璃观察窗承受压力释放破裂，开关，零序CT、开关手车等其它元件外观检查无异常，CT引线A、B、C相间距离为130mm，大于规程所要求的125mm。据此判断，造成此次故障的原因应为柜内CT上部接线板B、C首先发生相间短路，之后故障转换为三相短路，CT短路之后，电容器保护装置采集不到电流数据发生拒动，等待一段时间以后，电压器低压侧后备保护复压过流I段动作跳开变压器低压侧开关切除10kV南母隔离故障，母线失压后电压消失，母线上所带#4、#5电容器保护装置低电压保护动作跳开两台开关，故障消失。
图2.1间隔内CT接线柱故障状态
2.2试验数据分析
在初步确定故障原因之后，检修人员对#5电容器柜内避雷器、CT及开关进行高压试验，以进一步进行定性分析。经过高压试验发现柜内避雷器的工频放电电压由原来的29kV降低为24kV，CT耐压试验无法通过，内外绝缘受损，开关试验数据正常。据此分析，确认故障点应在CT处连接板处，发生三相短路之后造成绝缘受损，同时产生过电压，避雷器受过电压动作造成内部间隙或电阻片部分击穿。
2.3技术分析
2.3.1前一日开关跳闸及日常开断并联电容器组产生过电压的影响：
真空开关本身具有较强的灭弧能力，开断电流时易产生截流现象，产生操作过电压，特别是对于前置电抗器的电容器组所产生过电压会更高。经过核实，该开关在开关单个电容器组时开断电流为630A，而在开断背对背电容器组时开断电流为400A，#5电容器组正常负荷电流为420A左右，因此在4#、5#电容器同时运行时，开断任一组电容器时电流将超过额定开断电流值，产生过电压从而使得间隔内设备的绝缘性能逐渐降低，对设备产生危害，这是导致故障发生的诱因。
2.3.2前一日电抗器短路故障时过电流的影响：
5月10日#5电容器间隔所属前置电抗器因小动物进入，造成A、B相间短路，故障短路电流为1400A，从而对#5电容器柜内CT产生了一定的电动力及热效应冲击，造成CT接线板处轻微变形，接触压力进一步降低，温升进一步升高，是造成本次故障的又一诱因。
2.3.3#5电容器开关合闸过电压及合闸涌流产生过电压的影响：
电容器真空开关合闸时将引起一定的过电压，一般为3～4倍的额定电压，就幅值来说对正常设备的绝缘影响应较小，但过电压的振荡频率范围由几十赫兹到几千赫兹，并且振荡频率和波形对设备放电电压水平有很大影响，并非恒定。
电容器合闸瞬间会产生合闸涌流，当彩4#电容器在运行状态，再投入彩5#电容器时，这时的合闸瞬间，将产生追加的合闸涌流，特别是在系统电压处于最大值瞬间合闸时，追加涌流将达到最大值，可达电容器额定电流峰值的6倍以上，再加之振荡频率很高，通过电流互感器时，将产生很大的感应电压，感应电压破坏CT引线之间的绝缘，造成绝缘水平进一步降低。
三、结论及应对措施
综合以上分析，我们认为#5电容器开关柜内产生的短路故障原因是：电容器投入后长时间满负荷运行，而柜内CT引线接线板接触面较小，仅靠两个螺栓压接，日常运行过程中的灰尘、水分会促使接触面氧化，接触电阻增大，导致接线板处温度升高，加速了CT绝缘的老化。5月10日故障跳闸时的过电压和故障大电流诱使CT绝缘进一步老化，11日合闸瞬间过电压，CT接线端子作为间隔内设备绝缘薄弱点，在CT的B（或C）相上端接触面处产生电弧，柜内空间狭窄，又没有绝缘热缩，弧光引发相间绝缘击穿导致相间短路。
为杜绝此类故障的再次发生，制定以下几项措施：
1、加强对设备的验收、维护、检修、试验工作，提高设备运行可靠性。
2、对电容器间隔内室外设备发生故障后不仅要对发生故障点额设备进行检查和处理，还要对开关柜内设备的运行状态进行检查，及时发现事故隐患。
3、对室外安装电容器裸露导线进行热缩处理，避免小动物进入引发的短路故障，同时对开关柜内连接导线进行热缩处理，提高绝缘水平，避免事故的进一步发展和扩大。
4、规范设备的安装工艺，对设备引线接线板要可靠压接，保证一定的接触压力，降低接触电阻，控制运行过程中的温升在合格值范围之内。
5、认真贯彻执行《高压电容器管理规范》中的反事故措施，规范电容器开关柜内避雷器的选型，将目前采用的带间隙的氧化锌避雷器更换为无间隙的氧化锌避雷器，获得更好的过电压保护配合。
四、结束语
电容器及间隔内设备的正常运行是保证电能质量的重要组成部分之一，通过以上对电容器柜内CT发生短路从而造成10kV母线失压的故障分析可以看出，电容器组及柜内设备的安装及设备选型存在一定的缺陷，从而说明严把高压设备安装质量验收关、合适良好的设备选型、科学优化的设计和丰富运行管理经验是防止间隔内设备发生故障的的重要条件，从而更好的保证设备的安全运行，为用户提供优质的电力产品，保障经济和社会发展。
参考文献
[1]周泽存.高电压技术[M],北京:水利电力出版社,1994
[2]中国电力企业联合会.高压并联电容器装置使用技术条件[S],2009.12
[3]杨溢.变电站10kV电容器组故障原因分析[J],华中电力,2010(23),61-62
[4]匡红刚;刘震;陈勇军等.新投10kV并联电容器组避雷器炸裂故障分析[J],电气应用,2009(5),58-61
[5]安宗贵.切合并联电容器组暂态过电压问题研究[J],电力电容器,2005(2),64-66
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