呂俊霞

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南 南陽 473009)

0 引言

電力電容器適用于頻率為50 Hz交流輸配電系統(tǒng)與負(fù)荷相并聯(lián)，用于提高功率因數(shù)、調(diào)整電網(wǎng)電壓、降低線路損耗已經(jīng)充分發(fā)揮發(fā)電、供電和用電設(shè)備的利用率，提高供電質(zhì)量。一般連接在6～10 kV母線上。接在電網(wǎng)中的許多用電設(shè)備是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的。電容器在使用過程中，常常會(huì)出現(xiàn)爆炸或火災(zāi)事故，因此，我們應(yīng)該采取相應(yīng)的預(yù)防措施[1]。

1 電容器的爆炸

1.1 事故現(xiàn)象

某變電所發(fā)生過一起10 kV并聯(lián)電容器爆炸起火事故。當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員聽到電容器室爆炸響聲后，隨即切斷電容器組電源并進(jìn)行滅火。故障的那只電容器安裝在電容器組緊靠墻壁一側(cè)。事故造成該電容器一側(cè)墻壁灼傷，另一側(cè)鄰近的2只電容器燒壞，4只電容器的噴逐式熔絲被烘熔[2]。

1.2 事故原因分析

事故后發(fā)現(xiàn)爆炸起火的那只電容器熔斷器熔斷，熔體尾線搭在電容器外殼上，尾線與外殼接觸處有放電痕跡。運(yùn)行人員反映事故前1 h就已發(fā)現(xiàn)該電容器熔絲熔斷，熔體尾線搭掛在電容器外殼上，只是未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

該所電容器組為單星形接線，設(shè)置過流、過壓及失壓保護(hù)，裝設(shè)了保護(hù)單臺(tái)電容器的專用噴逐式熔斷器，由于未設(shè)置三相不平衡保護(hù)，單臺(tái)電容器熔斷，不會(huì)造成電容器開關(guān)跳閘。

一般情況下，電容器熔斷器熔斷后，熔絲尾線掛在外殼上是不會(huì)使電容器帶電的，但故障前幾分鐘，該所一條10 kV出線斷線搭掛在線路配電變壓器接地的金屬臺(tái)架上，造成單相接地。單相接地時(shí)出現(xiàn)周期性熄滅和重燃的間歇電弧，引起中性點(diǎn)對(duì)地的電弧接地過電壓可能達(dá)到5倍相電壓。此過電壓通過電容器組中性點(diǎn)和大地及接地的電容器外殼，熔斷了的熔體尾線直接加至該電容器，造成其內(nèi)部元件全擊穿引起爆炸起火事故[2]。

并聯(lián)電容器的損壞原因有以下幾個(gè)方面。

(1)切電容器組時(shí)，由于開關(guān)重燃引起的重燃過電壓，造成電容器極間絕緣損傷甚至擊穿(有的電容器組無任何過電壓保護(hù)措施，也無串聯(lián)電抗器，平均每天操作1次)。

(2)電容器投入時(shí)的涌流過大，地網(wǎng)的諧波超標(biāo)引起過電流，使電容器過熱，絕緣降低，乃至損壞。

(3)電容器沒有配備單臺(tái)熔絲，或雖有熔絲但熔絲特性太差(安秒特性)。當(dāng)電容器內(nèi)部元件嚴(yán)重?fù)舸┊a(chǎn)生故障電流時(shí)，熔絲不能及時(shí)熔斷。同時(shí)，有效的繼電保護(hù)措施未跟上，過電流使電容器內(nèi)部的溫度急速上升。導(dǎo)致電容器膨脹或爆炸。

(4)產(chǎn)品質(zhì)量差。油紙絕緣沒有在嚴(yán)格的真空下干燥和浸漬處理，在長期工作電壓下，內(nèi)部殘存氣泡產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。局部放電進(jìn)一步導(dǎo)致絕緣損傷與老化，溫升也隨之增加，最終導(dǎo)致元件電化學(xué)擊穿，電容器損壞[2]。

2 電容器的火災(zāi)原因

電力電容器最普遍的故障是元件極間或?qū)ν鈿そ^緣擊穿，故障發(fā)展過程一般為先出現(xiàn)熱擊穿，逐步發(fā)展到電擊穿，在高溫和電弧作用下，產(chǎn)生大量氣體，使其壓力急劇上升，最后電容器外殼膨脹破裂，甚至爆炸起火，當(dāng)某一電容器發(fā)生爆炸后，極有可能引發(fā)其余電容器爆炸而起火，引起整個(gè)電容器室火災(zāi)。一般情況下，引起電力電容器擊穿并導(dǎo)致火災(zāi)的原因有以下幾種[2]。

溫度過高。電力電容器的運(yùn)行介質(zhì)依照材料和浸漬劑的不同，都有規(guī)定的最高允許溫度，在運(yùn)行過程中，若電容器內(nèi)部介質(zhì)超過規(guī)定，可導(dǎo)致介質(zhì)耐壓強(qiáng)度降低和介質(zhì)損耗迅速增加而起火。另外，室溫過高，電容器也會(huì)發(fā)熱起火。電容器中元件與外殼之間的絕緣油介電系數(shù)低，燃點(diǎn)不高，容易發(fā)生燃燒。保養(yǎng)不到位，例如，電容器溫度過高，未采取降溫措施，致使絕緣油措施大量的氣體使得箱壁變形鼓肚;未定期清潔電容器，電容器瓷瓶表面污穢嚴(yán)重，在電網(wǎng)出現(xiàn)內(nèi)、外過電壓和系統(tǒng)諧振的情況下導(dǎo)致絕緣擊穿，表面放電，造成瓷瓶套管閃絡(luò)破損。

電容器的能量損耗主要是極板之間的介質(zhì)損耗和導(dǎo)電部分的熱損耗，它將導(dǎo)致電容器發(fā)熱。若不隨著能量的損害而改變冷卻條件，溫度必然會(huì)升高，特別是將電容器分層排列時(shí)，更應(yīng)該考慮散熱問題，以免由于溫度過高，增大了介質(zhì)的熱游離，而使器件損壞、介質(zhì)擊穿，發(fā)生爆炸起火。

選用保護(hù)電容器熔斷器熔絲的額定電流偏大;電容器組采用的不平衡或差動(dòng)繼電保護(hù)及延時(shí)過流保護(hù)等整定值偏大，整定時(shí)間過長等，一旦電容器發(fā)生故障時(shí)不能起到保護(hù)作用，造成火災(zāi)爆炸事故的發(fā)生。

運(yùn)行電壓過高，容易擊穿電容器絕緣，形成相間或?qū)Φ囟搪范鸹馂?zāi)。

高次諧波導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行電流、電壓正弦波畸變，加速絕緣介質(zhì)老化，降低設(shè)備使用壽命或因長期過熱而損壞，特別是當(dāng)高次諧波發(fā)生諧振時(shí)，最容易使電容器過負(fù)荷、過熱、振動(dòng)甚至損壞。運(yùn)行電流過大，會(huì)使電容器的溫升增加。破壞其熱平衡，導(dǎo)致火災(zāi)。

電容器裝置的斷開與接入運(yùn)行時(shí)的過渡過程會(huì)發(fā)生過電壓和涌流。斷開時(shí)，由于開關(guān)觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度不一定快，會(huì)使開關(guān)觸點(diǎn)重燃而引起過電壓，每重燃一次，電容器上的電壓將增加2倍幅值，電容器接入時(shí)，會(huì)引起極大的涌流，特別是電容器帶電荷接入，會(huì)帶來更嚴(yán)重的后果。電容器斷開和接入的過程中，由于過電壓和涌流的存在，會(huì)引起短路。元器件擊穿，電容器爆炸，大部分電容器火災(zāi)就是在此時(shí)發(fā)生的[2]。

電容器自動(dòng)放電裝置放電時(shí)，所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量將轉(zhuǎn)變?yōu)榉烹婋娮枭系臒崮?，其熱量在各放電電路上并不一致，而是與它們的電阻值在整個(gè)放電電路總電阻中所占的比值成正比。放電過程盡管很快，但放出的熱量仍遠(yuǎn)不足使熔斷器動(dòng)作，而當(dāng)某一電容器內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，所有的電容器都要對(duì)它進(jìn)行放電。這時(shí)，若自動(dòng)放電裝置損壞，會(huì)使電容器內(nèi)熱量急劇增加，導(dǎo)致油箱破裂，爆炸起火[3]。

電容器投入電網(wǎng)時(shí)形成振蕩回路，產(chǎn)生過電壓和過電流。在頻繁過電壓的作用下，電容器的局部放電不斷得到激發(fā)而加劇，其結(jié)果必然對(duì)絕緣介質(zhì)的老化和電容量的衰減其促進(jìn)作用。一般認(rèn)為電壓升高10%，壽命降低一半。GB/T 12747.1—2004中規(guī)定，電容器操作每年不超過5000次，原因是投入電容器所生產(chǎn)的過電壓雖然是瞬間的，但過電壓對(duì)絕緣介質(zhì)的影響是能夠積累的。在安裝自動(dòng)補(bǔ)償裝置后，電容器組頻繁動(dòng)作，加速了電容器絕緣介質(zhì)的老化，逐步發(fā)展到電擊穿，最后導(dǎo)致電容器爆炸而引起火災(zāi)。

未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器瓷套管及外殼漏油，導(dǎo)致套管內(nèi)部受潮、絕緣電阻降低造成擊穿放電;運(yùn)行中未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部發(fā)生局部放電等。

電容器自身結(jié)構(gòu)不合理、制造質(zhì)量差，如密封不嚴(yán)、對(duì)地絕緣不良等。電容器電極對(duì)油箱的絕緣處理工藝不當(dāng)、產(chǎn)品元件質(zhì)量差等是造成局部放電的原因，在電極邊緣、拐角和引線接觸處電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度都很高，容易發(fā)生局部放電和過熱燒傷絕緣導(dǎo)致電容元件擊穿。

電容器組未按照在電容器技術(shù)條件要求的環(huán)境中，或電容器組的安裝未按照電容器安裝工藝要求安裝，如電容器室未安裝風(fēng)扇冷卻裝置，電容器樁頭接線松動(dòng)發(fā)熱，使電容器局部發(fā)熱，直至引起火災(zāi)[3]。

3 防止電容器爆炸的技術(shù)措施

禁止使用重燃率極高的SN1－10少油開關(guān)切合電容器組(可更換為SM10－10，ZN－10開關(guān))。

采用氧化鋅避雷器保護(hù)，可作為防止電容器內(nèi)部元件擊穿的防線。

對(duì)有2組及以上電容器進(jìn)行相互合切時(shí)，必須加裝串聯(lián)電抗器。

電容器組盡可能采用中性點(diǎn)不接地的雙星形接線，并采用雙Y零流平衡保護(hù)。

定期測(cè)量電容器的電容量，一旦發(fā)現(xiàn)變化較大，立即退出運(yùn)行[3]。

4 電容器火災(zāi)的預(yù)防措施

電力電容器都是充油的。如果電力系統(tǒng)超負(fù)荷，溫度過高或者電器元件老化等，電力電容器容易發(fā)生爆炸引發(fā)火災(zāi)，勢(shì)必會(huì)造成電力系統(tǒng)的停電事故。怎樣預(yù)防電力電容器火災(zāi)呢?

電力電容器的安裝環(huán)境應(yīng)滿足制造廠規(guī)定的技術(shù)條件要求。電力電容器室最好是單獨(dú)的防火建筑，如果電力電容器數(shù)量不超過20臺(tái)，也允許與開關(guān)柜在同一個(gè)房間內(nèi)，但電容柜應(yīng)當(dāng)單獨(dú)排列，不得與開關(guān)柜混在一起。電力電容器室應(yīng)通風(fēng)良好，百葉窗應(yīng)加鐵絲網(wǎng)，以防小動(dòng)物鉆進(jìn)去。電力電容器室不應(yīng)有窗戶，門應(yīng)朝北或朝東向開，應(yīng)能向左右開180°。最好是鐵門。如果是木質(zhì)門，應(yīng)包上鐵皮。室溫不應(yīng)超過40℃，濕度不得大于80%，而且周圍環(huán)境不得含有對(duì)金屬和絕緣有害的侵蝕性氣體、蒸汽及塵埃。不得堆積有易燃易爆物品或雜物[4]。

電力電容器安裝一般不應(yīng)超過3層。電力電容器母線對(duì)上層架構(gòu)的垂直距離應(yīng)不小于200 mm，底部距地面應(yīng)不小于300 mm。電力電容器架構(gòu)間的水平距離應(yīng)不小于0.5 m，每臺(tái)電力電容器之間的距離應(yīng)不小于50 mm。電力電容器的銘牌應(yīng)朝向通道。電力電容器外殼應(yīng)可靠接地，應(yīng)該設(shè)置溫度計(jì)和貼示溫蠟片，以便監(jiān)視運(yùn)行溫度。

對(duì)電力電容器進(jìn)行安全檢查時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)。檢查溫升情況，如果室溫超過了規(guī)定的限度，就要采取通風(fēng)降溫措施。聽一聽電力電容器運(yùn)行中有無異常響聲?？匆豢措娏﹄娙萜魍鈿び袩o膨脹鼓起現(xiàn)象。當(dāng)電力電容器母線電壓超過規(guī)定電壓的1.1倍或電流超過額定電流的1.3倍以及室溫超過時(shí)40℃，電力電容器應(yīng)該退出運(yùn)行[2]。

電力電容器最容易發(fā)生事故的時(shí)間是用電高峰和溫度升高時(shí)。因此，在這個(gè)時(shí)間一定要加強(qiáng)對(duì)電力電容器的巡視檢查?？傊?，精心操作，電力電容器安全運(yùn)行就有了保證。一旦電力電容器發(fā)生火災(zāi)，由于是帶電燃燒，蔓延迅速，撲救困難，危險(xiǎn)較大。因此，電力電容器室內(nèi)要備用適宜撲救帶電設(shè)備的滅火器，如二氧化碳、鹵化烷滅火器等。當(dāng)然，萬一電力電容器發(fā)生爆炸火災(zāi)，應(yīng)該立即切斷電源，預(yù)防觸電。在緊急情況下拉閘斷電時(shí)，注意不要帶大負(fù)荷拉閘，以免電弧把人燒傷[4]。

雖然電力電容器在使用過程中很容易引發(fā)火災(zāi)。但是，只要加強(qiáng)預(yù)防，嚴(yán)格按安全規(guī)程操作?；馂?zāi)事故還是完全可以避免的。裝設(shè)可燃性介質(zhì)電容器的電容器室，其耐火等級(jí)應(yīng)不低于2級(jí)，室內(nèi)應(yīng)有良好的通風(fēng)，保證室內(nèi)溫度低于45℃，并采取防雨雪和小動(dòng)物爬入的措施。電容器可以分層安裝，但層與層之間不得有隔板，以免妨礙通風(fēng)。電容器室嚴(yán)禁使用木板、油毛氈等易燃材料，不應(yīng)裝在潮濕、多塵、高溫、有腐蝕其他及長期受振動(dòng)的環(huán)境里運(yùn)行，當(dāng)采用油質(zhì)電容器時(shí)，電容器室建筑物的耐壓等級(jí)要求為:額定電壓為1 kV以上時(shí)不低于2級(jí);額定電壓為1 kV以下時(shí)不低于3級(jí)。

傳統(tǒng)的電容器檢測(cè)方法為斷電、離線進(jìn)行，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量，并且測(cè)量結(jié)果是靜態(tài)的，而電容器故障是隨機(jī)的。采用電容器實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)通過檢測(cè)流過電容器的電流、容量及介質(zhì)損耗正切值來判斷電容器是否故障，由于電容器和介質(zhì)損耗角的變化是放電積累到一定程度的結(jié)果，所以一般滯后于故障。而局部放電是電容器普遍故障的前兆。因此，可以通過采用實(shí)時(shí)監(jiān)控電容器局部放電的先進(jìn)技術(shù)，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)電容器故障，有效地防止事故發(fā)生[4]。

定期校驗(yàn)電容器保護(hù)的可靠性，以及對(duì)電容器組校驗(yàn)工作規(guī)范化。例如，對(duì)電容器的電容量和熔斷器的檢查，每個(gè)月不少于1次，在1年內(nèi)要測(cè)量電容器的損耗正切角2～3次，目的是檢查電容器的可靠性。對(duì)無熔絲保護(hù)的電容器應(yīng)根據(jù)具體情況，采取分組熔絲保護(hù)、雙星形接線的零相電流平衡保護(hù)、雙三角形接線的橫差保護(hù)、單三角形接線的零序電流保護(hù)。

電容器投入運(yùn)行前，必須接線檢查和交接試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，方可投入使用。減少投切次數(shù)，采取電容器組循環(huán)投切，同時(shí)延長自動(dòng)補(bǔ)償裝置控制器的延時(shí)時(shí)間間隔，從而減少投切次數(shù)，使得每組電容器的投切不超過5000次/年。在有電容器補(bǔ)償?shù)淖冸娝碗姇r(shí)，先合各路出線開關(guān)，后合電容器開關(guān)。停電時(shí)，先拉開電容器開關(guān)，后拉開各路出線開關(guān)[4]。

電容器運(yùn)行操作人員應(yīng)建立日常巡視檢查、定期停電檢查和特殊巡視檢查制度，要填寫檢查記錄，注意觀察電力電容器運(yùn)行的電壓、電流和環(huán)境溫度不得超過制造廠家規(guī)定的范圍。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)電容器外殼有膨脹、漏油、滲油，或者箱壁產(chǎn)生棱角、嚴(yán)重凸出、產(chǎn)生異響，都應(yīng)立即停用，防止電容器爆炸起火。

綜上所述，我們可以知道，電力電容器的作用，電容器火災(zāi)及爆炸產(chǎn)生的原因，預(yù)防電容器爆炸和火災(zāi)的措施和方法。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)全面綜合考慮多種因素的影響，為電容器提供必要的運(yùn)行條件，盡可能減少電容器存在的不安全因素。那么，電容器就能夠正常穩(wěn)定的工作，使電力更好地為人類服務(wù)。

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