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摘 要 本文对湖南省云田500kV变电站SVC电容器事故原因进行了分析，并对事故处理及今后电容器运行提出有关建议。
关键词 电容器事故分析 三次谐波
1 概 述
湖南省云田500kV变电站SVC(静止无功补偿装置)全套装置均由意大利进口，该装置自1988年投运以来已发生了四次电容器组爆炸事故，每次事故波及面都比较大，为减少和杜绝类似事故的再次发生，本文对该SVC的电容器事故的原因进行了分析。
2 事故情况
各次事故中电容器损坏情况见表1。从事故情况来看，前三次事故均发生在FC5(五次谐波滤波器)，其中A、B两相的电容器损坏最严重。第四次事故发生在MSC(机械投切电容器组)，其中B、C两相的电容器损坏较严重。除1995年11月26日发生的事故外，其它三次事故均发生在投切过程中。
表1
部 位
FC5
FC5
FC5
MSC
A 相
A0—A10均已漏油，A8爆炸，有四台电容器熔断器熔断。
A47严重损坏，A48—A50箱体已位移。
A11—A13损坏，其熔断器熔断，A11烧出一小洞。
A30严重损坏。
B 相
B0—B10均已漏油，B6爆炸，有四台电容器熔断器熔断。
B60严重损坏，B42、B44、B46已漏油，B49箱体位移。
B12损坏，熔断器熔断。
B30严重损坏，B21—B30均已漏油，熔断器熔断。
C 相
C0—C10均已漏油。
C30严重损坏，C26—C30熔断器熔断。
备 注
保护未发信。
不平衡CT爆炸，SVC、不平衡及TCR过流保护动作，跳314开关。
不平衡CT铜排熔化，SVC、TCR过流，SVC接地故障保护动作，跳314开关。
注：An、Bn、Cn分别为A，B，C三相的电容器编号
3 电容器的工作条件
电容器的额定参数
额定电压：FC5电容器 13.9kV
环境温度： -25～40℃
FC7电容器 13.53kV
试验条件：按IEC/70S标准
MSC电容器 12.85kV
国标(GB3983.2—89)要求的电容器使用条件，电容器可在1.10倍额定电压下长期运行，在1.15倍额定电压下一昼夜运行30分钟，在电容器的整个寿命期内，高于1.15倍额定电压的过压次数不能超过200次(每次为几分钟)。包括所有谐波分量在内的电压峰值不应超过1.2倍额定电压。电容器过电流不超过1.3倍额定电流。
4 SVC电容器组的实际运行工况
4.1 工频电压：作用在电容器两端的工频电压实际值如表2所示。
表2
电容器
安装位置
母线电压
Um=20/ =11.55kV
Um=22.8/=13.16kV
电容器额定
电压Uh(kV)
电容器运行
电压Uc(kV)
k=Uc／Uh
电容器运行
电压Uc(kV)
k=Uc／Uh
FC5
13.9
12.01
0.86
14.78
1.063
FC7
13.53
11.79
0.87
14.50
1.072
MSC
12.85
11.85
0.92
14.29
1.112
备 注
20kV母线最大电压为22.8kV，电容器组的实际运行电压考虑了串联电抗器及变压器低压侧短路阻抗(0.53Ω)的影响。
4.2 谐波作用：系统谐波作用在电容器两端谐波电流如表3、4、5所示。
表3 谐波电流(1988年测试结果)
单位(A)
不 投 MSC
投 入 MSC
谐波次数
3
5
7
9
3
5
7
9
A 相
105
20
10
535
45
10
B 相
105
30
10
845
40
15
C 相
105
40
10
320
55
15
备 注
测试条件见《云田500kV变电站静补装置谐波测试》
表4 谐波含量(1988年测试结果)
谐波含量(%)
A 相
B 相
C 相
谐波次数n
Un／U1
In／I1
Un／U1
In／I1
Un／U1
In／I1
3
5.33
34.29
6.54
43.27
2.55
17.39
5
0.13
2.44
0.12
2.16
0.07
2.89
7
0.07
0.65
0.02
0.69
0.02
0.68
9
0.04
0.07
0.02
0.07
0.13
0.19
备注
测试条件见《云田500kV变电站静补装置谐波测试》
表5 三次谐波在电容器两端形成的电压
电容器位置
FC5
FC7
MSC
U3／U1(%)
10.08
7.90
6.63
U3(V)
1164
912
912
备 注
测试条件见《云田500kV变电站静补装置谐波测试》，表中值是在20kV母线三次谐波含量为6.44%时的值。
5 事故原因分析
5.1 比较表中的数据可以看出：
工频电压作用：电容器运行中实际承受的电压和额定电压的比值的大小的顺序是KFC5＜KFC7＜KMSC,即FC5中的电容器的电压裕度最大，FC7次之，MSC中的电容器的电压裕度最小。
谐波作用：作用在各电容器上的五次和七次谐波电流和电压均很小，可不考虑。电容器上的三次谐波电压作用的情况是FC5中的电容器的工况最差，FC7次之，MSC中的电容器的工况最好。
其次，根据1988年的谐波测试结果，在FC5、FC7电容器投入运行，MSC未投入运行时20kV母线中的A、B两相的三次谐波电压，电流均大于C相，因而A、B两相电容器的三次谐波工况均比C相要差。这和前三次事故中A、B两相中的电容器损坏更严重这一情况相一致。而根据有关试验数据(未列出)，在FC5、FC7电容器和MSC电容器均投入运行时220kV母线中是B、C两相的三次谐波电压、电流均大于A相。这时220kV母线的谐波状况受系统谐波的影响要大些，仅MSC投入运行时20kV侧的谐波主要受系统谐波状态影响，所以可以推断仅MSC投入运行时B、C两相电容器的三次谐波工况均比A相要差。这和MSC事故中B、C两相中的电容器损坏更严重这一情况相一致。因而可以认为FC5、FC7和MSC电容器事故损坏原因和三次谐波电压、电流作用是有一定的联系。
5.2 电容器的额定电压偏低
在GB3983.2—89标准中规定“电容器的额定电压应不低于该电容器所要接入的网络的最高运行电压，并且还要考虑接入电容器后所引起的电压升高。在有些情况下，网络的实际电压和额定电压相差较大，则应选用额定电压较高的电容器”。由表2所列数据(同时考虑谐波作用)可以看出根据国标规定，云田SVC用电容器的额定电压选择值是偏低的。
5.3 熔断器未能正确动作
正常情况下，当一台电容器出现故障时，熔断器应能及时熔断将故障电容器从电容器组中断开，从而避免其它电容器的损坏，使事故进一步扩大。云田变电站的几次电容器事故均引起了多台电容器损坏，这不能说和熔断器未能正确动作没有关系。其原因可能是熔断器经多年使用，绝缘老化，用于在熔断器熔断时将导线及时从绝缘套管中拉出的弹簧松动，很大一部分弹簧实际上已没有张力，因而性能难以满足要求。
5.4 电容器四次事故中有三次是发生在投切过程中，因此投切过程中的涌流和过电压也是引发事故的原因之一。
6 措施及建议
根据以上分析，为了能保证云田SVC装置在今后运行中的安全，应考虑采取以下措施。
6.1 改善云田变电站的谐波特别是三次谐波状况，建议在云田变电站加装三次谐波滤波器。
6.2 若更换该装置的电容器，设计时应适当提高电容器的额定电压和使用温度。
6.3 全部更换原有外部熔断器。在以后的运行中应定期对熔断器进行检查，及时更换失效熔断器。
6.4 进行电容器投切试验，直接测量电容器两端的过电压和过电流，涌流及三次谐波电压和电流。并视试验情况考虑相应过电压和过电流保护措施。
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