泵站低壓無功補償電容柜的故障原因分析及運行維護

黃觀清

（廬江縣楊柳電力排灌站，安徽 廬江 231500）

目前而言，為了提高泵站的功率因數(shù)，有若干補償方法，并聯(lián)式電容器組以其初始成本低、投切轉(zhuǎn)換靈活方便等一系列優(yōu)點，在各大泵站中應(yīng)用廣泛。但是并聯(lián)式電容器也存在一些不可忽略的缺點，例如電壓特性不好，不耐用等現(xiàn)象。而且其工作環(huán)境惡劣，承受著電場、磁場、溫度場等多物理場的耦合作用，經(jīng)常會出現(xiàn)故障。因此，本文著重闡述其主要故障原因及解決措施，并對其運行維護提出相關(guān)建議。

1 概述

1.1 低壓無功自動補償方式及典型結(jié)構(gòu)

低壓無功補償?shù)哪康氖菍崿F(xiàn)無功的就地平衡，考慮到經(jīng)濟性和可操作性，采用并聯(lián)電容柜自動投切對電路進行無功補償方式較為常見。無功自動補償方式按性質(zhì)分為三相電容自動補償和分相電容自動補償方式兩種，由于在排澇泵站中運行的是三相異步電動機，三相回路中無功電流相同，采用三相電壓同時投切的方式保證三相電壓質(zhì)量。低壓無功補償并聯(lián)電容器裝置一般采用△接線方式，如圖1所示。

圖1 低壓并聯(lián)電容器裝置接線圖

1.2 低壓無功功率自動補償?shù)墓ぷ髟?/h3>

低壓無功功率自動補償控制器通過采樣三相電源中一相電流（如A相）與另外兩相的電壓（如BC相）之間的相位差，通過一定的運算，得到當前實時功率因數(shù)。此功率因數(shù)與設(shè)定的投入門限和切除門限比較，然后輸出控制信號，控制交流接觸器實現(xiàn)對電容器的投入和切除。

2 泵站低壓無功自動補償電容柜的常見故障

泵站低壓無功補償電容柜長期工作在高電場環(huán)境中，發(fā)生故障的頻率很高。如果在制造質(zhì)量、設(shè)備選用和運行使用等任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致電容柜故障增多，不能正常進行工作。其中并聯(lián)電容器和投切保護設(shè)備是故障高發(fā)設(shè)備，下面將針對這兩者的故障及原因進行闡述。

2.1 并聯(lián)電容器常見故障

電容器在運行中的損壞較為突出，而現(xiàn)在使用的自愈式電容器自愈性能好、能承受浪涌電流沖擊，不需外部放電裝置，一般情況下?lián)舸┖髸崿F(xiàn)自動愈合，只有在反復(fù)被擊穿的情況下才會發(fā)生電容器的徹底損壞。

（1）并聯(lián)電容器的滲油故障。主要是電容器接逢處焊接不良、擰螺母用力過大過緊使瓷套管損傷、焊接處缺乏保養(yǎng)導(dǎo)致外皮生銹腐蝕、接頭過松或過緊，造成局部電阻增大、發(fā)熱，引起接線頭焊錫熔化等造成。不嚴重時可在滲油處除銹、補焊或涂環(huán)氧樹脂，然后涂漆，若處理后還滲油應(yīng)及時更換電容器。

（2）并聯(lián)電容器的外殼鼓脹。由于內(nèi)部元件發(fā)生極間放電或極對殼放電使電容器內(nèi)部介質(zhì)分解而產(chǎn)生氣體使密封外殼的內(nèi)部壓力增大，導(dǎo)致外殼膨脹變形。此時應(yīng)及時退出運行，更換為備用電容器，以防發(fā)生事故。

（3）并聯(lián)電容器溫度過高。并聯(lián)電容器溫度過高的主要原因是散熱不好、過電流。環(huán)境溫度過高、電容器柜安裝不合理，導(dǎo)致其散熱不好、電容器長時間過電壓運行造成電容器過電流以及電容器內(nèi)部元件故障、介質(zhì)老化損耗等都會導(dǎo)致電容器溫度過高，嚴重影響其使用壽命，甚至可能絕緣擊穿損壞電容器。必須采用通風降溫的措施，若電容器過流可串接電抗器，同時采用電容器介質(zhì)損耗測量儀檢測損耗情況，若老化應(yīng)更換電容器。

（4）并聯(lián)電容器的放電現(xiàn)象。運行過程中，瓷絕緣上出現(xiàn)裂紋，或者表面污穢嚴重，將會產(chǎn)生電容器瓷瓶閃絡(luò)放電瓷套管閃絡(luò)破損。應(yīng)定期清理檢查，對破損進行修復(fù)，修復(fù)不了的進行更換。

（5）并聯(lián)電容器的爆炸事故。嚴重違反電容器運行規(guī)定，帶電荷合閘、或者電容器內(nèi)部元件發(fā)生極間或者對外殼絕緣擊穿時，瞬間釋放出巨大能量，都能導(dǎo)致爆炸。

2.2 投切保護設(shè)備常見故障

（1）電容器專用接觸器損壞。無功補償裝置在投切過程中，電容器專用接觸器的損壞非常突出，主要由幾方面造成：①補償控制器質(zhì)量達不到使用要求或設(shè)置投切時間太短、投切頻繁，二次吸合造成的疊加電壓導(dǎo)致沖擊電流過大損壞接觸器，因此要選用質(zhì)量合格的補償控制器，合理設(shè)置控制器的投切時間和投切的頻率，以防止形成疊加電壓。②電路中諧波的含量較高時，電壓和電流波形出現(xiàn)相應(yīng)的畸形進而影響到整個基波電流的增大，損壞接觸器。因此接觸器選擇電流必須大于電容器的電流。為防止燒壞接觸器，發(fā)現(xiàn)諧波干擾，及時采用加裝相對應(yīng)的抗諧波元件進行處理。③接觸器的自身質(zhì)量不合格。最好選用具有抗涌流、抗諧波或承受諧波抗擊的專用電容器接觸器。接觸器的線圈電壓最好選用220V電壓。

（2）無功補償控制器故障。①功率因素顯示的數(shù)值正常，但極性為負數(shù)。如果是新裝的補償柜表明電壓電流信號接線正確，電流信號極性接反，調(diào)換一下即可。如果原來正常運行，出現(xiàn)這種情況，可能是儀表損壞或過補償。②控制器的投入指示燈亮，但專用電容接觸器不吸合。③電容器投入后，功率因數(shù)變化不大或不正常。通常是因為取樣電流和取樣電壓的相位不正確、取樣電流沒有送入補償器、投切電容器產(chǎn)生的電流沒有經(jīng)過取樣互感器等原因造成補償控制器不能獲得正確的取樣電流。

為了獲取正確的取樣電流，必須遵循以下原則：

（1）單相取樣如A相取樣，B、C相為控制器電源，取樣相絕對不能為控制器電源相。

（2）取樣電流中對取樣線的連接要求是只能串聯(lián)，需要利用電流互感器進行取樣，保證取樣過程的規(guī)范性。

（3）分補采用的補償控制器必須取樣三相電流，而共補只需取樣其中一相電流。絕大多數(shù)三相平衡的系統(tǒng)均采用共補，當少數(shù)用電線路負載分布不均衡時，三相電流經(jīng)常變化，如果互感器取樣電流只取一相，那么取樣電流不準確，就無法實現(xiàn)精確的補償效果。因此采用三相取樣電流的無功功率補償控制器，分補與共補相結(jié)合的。當自動補償電容柜三相均滿足投入條件時，優(yōu)先投入共補電容，后根據(jù)每相投入條件，投分相電容。

（3）電容器外熔斷器熔斷。①主要是熔斷器熔芯選擇偏小、開關(guān)涌流對熔斷器的沖擊、不同電抗率的電容器組不正確的投切順序引起的。在投切過程中當涌流較大時一般選用過載能力強的電動機專用am型或相同類型的熔芯，而不選擇過載能力低的JL型或與之同類型的熔芯。同時要設(shè)置合理的投切延時時間一般不少于30s。②熔斷器熔斷與相數(shù)電流不平衡有關(guān)。三相電流的不平衡性與熔斷器的熔斷也有關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這種情況后，要及時進行檢修，分析發(fā)生三相電流不平衡的主要原因，進而選擇合適的熔芯進行替換。不是三相電流不平衡更換熔芯的，最好三相熔芯同時更換掉。

3 運行維護事項

3.1 運行注意事項

（1）電容器組優(yōu)先原則。泵站正常停電操作時，應(yīng)先斷開電容器組，然后再斷開其他開關(guān)。反之，當泵站重新啟動供電時，應(yīng)在系統(tǒng)全部供電且運行正常后才能給電容柜合閘送電。當遇事故停電導(dǎo)致全站無電時，必須拉開電容器組開關(guān)，以免突然來電電壓過高超過電容器允許值。

（2）合理操作原則。正常運行時，由電容器柜上自動投切裝置按照運行狀況自動循環(huán)投切電容器組，投切延時不少于30s，最好為60s以上，讓電容器有足夠的放電時間。禁止電容器組帶電荷合閘，避免操作過電壓損壞電容器。電容器組必須在斷電3min后才能再次合閘送電。

（3）跳閘時謹慎試送。當電容器的開關(guān)發(fā)生跳閘以后，在未查明原因前不準強行送電。正確的做法應(yīng)該是，首先對跳閘的原因進行分析，檢查電容器、電流互感器等設(shè)備工作狀況，看是否有異常。在查明原因，排除故障后，才可以進行合閘送電。

（4）防止檢測電容器時觸電。放電裝置可以釋放電容器的儲存電荷，仍可能還有剩余電荷，這時可采取有效的人工放電，將故障電容器的兩極進行短接進行反復(fù)放電，直到看不出放電火花和聽不到放電聲音為準，最后才能開始檢修工作。

3.2 維護注意事項

泵站低壓無功補償電容柜工作環(huán)境惡劣，需要定期進行日常巡檢維護，及時發(fā)現(xiàn)并解決故障。具體的日常巡檢維護要點：（1）電容器室內(nèi)應(yīng)通風良好，室溫最高不超過40℃；（2）對電容器的套管、瓷瓶、外殼、放電線圈、串聯(lián)電抗器等定期進行全面清潔工作。（3）電容器每季應(yīng)對放電線圈、套管、接線端子、接地接零、外殼等項停用檢查測量一次。（4）每次巡檢保養(yǎng)完成后，應(yīng)做好設(shè)備檢修保養(yǎng)記錄。

4 結(jié)語

低壓無功補償能有效提高功率因數(shù)，減少電能在供電設(shè)備和輸電線路上的損耗，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。但泵站低壓無功補償電容柜的工作環(huán)境較為惡劣，故障率較高，影響泵站供電。文章從并聯(lián)電容器和投切保護設(shè)備兩方面分析了故障產(chǎn)生原因及解決措施。針對電容柜的運行維護提出了幾點建議，為泵站低壓無功補償電容柜的安全運行和實際操作提供了保障。