溫州供電公司的研究人員張磊、王策，在2015年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，對(duì)一起運(yùn)行中的電容器裝置發(fā)生起火故障的原因進(jìn)行分析驗(yàn)證，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議和措施，對(duì)今后防范和處理該類事件提供一定參考。

1 事故情況

2014年4月1日，某變電所運(yùn)行中電容器裝置發(fā)生起火故障，該設(shè)備型號(hào)為：TBB10-4800/200-1%AK，故障發(fā)生后，電容器不平衡保護(hù)動(dòng)作切斷故障設(shè)備。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)：

1）電容器柜眉頭板及側(cè)封板上部有燒焦現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 電容器柜燒焦情況

2）N相排上部被燒化，絕緣子被嚴(yán)重?zé)冢?/span>N相排熱縮套管燒盡。

3）放電線圈與母排之間的鍍錫軟銅絞線被燒化，放電線圈接線鋁排與鍍錫軟銅絞線搭接處被燒化。

4）被燒化的排、絞線、熱縮管殘?jiān)湓诹?/span>A、B相上。

5）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)定值設(shè)定如下：過流保護(hù)定值為6.6A，整定延時(shí)響應(yīng)時(shí)間為：0.2秒。開口三角保護(hù)定值為：1.83V，整定延時(shí)響應(yīng)時(shí)間為：0.2秒。過電壓保護(hù)定值為115V。保護(hù)裝置顯示0.000S保護(hù)啟動(dòng)，0.202S不平衡保護(hù)動(dòng)作BPHmax=127.8V。

6）其他兩相電容器外觀完好，判斷故障為單相故障。

2 原因分析

事故發(fā)生后，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)造成電容器母排及軟連接線燒毀存在六種可能的事故原因：設(shè)計(jì)安全距離不足，母排及絞線載流量不足，保護(hù)定值設(shè)置錯(cuò)誤未及時(shí)跳閘，二次接線錯(cuò)誤造成保護(hù)不動(dòng)作，放電線圈質(zhì)量有問題被擊穿，母排與絞線、母排與絕緣子連接處螺栓緊固不實(shí)發(fā)熱，系統(tǒng)諧波電流。我們將對(duì)這六種可能的事故原因逐一進(jìn)行分析驗(yàn)證。

2.1設(shè)計(jì)安全距離不足

根據(jù)《GB50060-92 3～110kV高壓配電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，屋內(nèi)帶電部分至接地部分之間安全凈距應(yīng)大于等于125mm，不同相帶電部分之間安全凈距應(yīng)大于等于125mm。[1]現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安全距離進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，本電容器成套設(shè)備故障點(diǎn)安全凈距如下：N相排至后側(cè)封板(最近接地點(diǎn))距離為185mm，鍍錫軟銅絞線至柜前門板(最近接地點(diǎn))距離為300mm，兩相之間最近距離為500mm。故符合安全距離的設(shè)計(jì)要求。故可以排除此故障原因發(fā)生的可能性。

2.2母排及絞線載流量不足

本設(shè)備選用母排為LMY-50×5鋁母排，根據(jù)《DL/T 5222-2005導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》的規(guī)定要求，該母排載流量為：518~545A，故在本工程中能夠承受設(shè)備正常電流。

本設(shè)備選用鍍錫軟銅絞線為TJRX3-70，根據(jù)《GB/T12970.1-2009電工軟銅絞線》的規(guī)定要求，該絞線載流量為：296A。本設(shè)備采用雙股軟銅絞線，故能承受592A以內(nèi)的電流。綜上，母排及絞線載流量符合設(shè)計(jì)要求。通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)母排及鍍錫軟銅絞線進(jìn)行實(shí)際測(cè)量確認(rèn)，排除此故障原因發(fā)生的可能性。

2.3保護(hù)定值設(shè)置錯(cuò)誤未及時(shí)跳閘

本次電容器組主要采用以下保護(hù)方式對(duì)電容器進(jìn)行保護(hù)：1、過壓保護(hù)115V，2、過流保護(hù)6.6A，3、開口三角保護(hù)1.83V。最終生效保護(hù)為開口三角保護(hù)，跳閘電壓125V。

開口三角保護(hù)計(jì)算結(jié)果為：Udz=1.83V，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置相同。故開口三角保護(hù)設(shè)置正確。

過壓保護(hù)設(shè)置為115V，延時(shí)0.2秒，符合設(shè)計(jì)要求，能夠靈敏迅速的對(duì)過電壓狀況進(jìn)行檢測(cè)，故過壓保護(hù)設(shè)置正確。

綜上，保護(hù)定值的設(shè)計(jì)均正確，此原因可排除。

2.4二次接線錯(cuò)誤造成保護(hù)不動(dòng)作

鑒于本設(shè)備運(yùn)行一周后才出現(xiàn)故障，故二次接線問題不太可能是接反接錯(cuò)之類的問題，二次接線錯(cuò)誤可能是未接到保護(hù)裝置指定端口或CT、PT側(cè)接線松散脫落的問題（開口三角保護(hù)支路接線正確，因?yàn)樵撀吩诠收习l(fā)生至C相斷相階段時(shí)動(dòng)作了），此問題配合電容器內(nèi)部故障或者放電線圈故障，有一定的可能性會(huì)造成該故障，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)二次接線情況進(jìn)行仔細(xì)核查，此原因可排除。

2.5放電線圈質(zhì)量有問題被擊穿

放電線圈有問題被擊穿將導(dǎo)致C相斷路，短路將導(dǎo)致三相電壓不平衡，由于開口三角保護(hù)在故障發(fā)生至C相斷相時(shí)，保護(hù)已經(jīng)動(dòng)作并記錄，因此放電線圈質(zhì)量有問題被擊穿不會(huì)導(dǎo)致此故障現(xiàn)象的發(fā)生。

2.6母排與絞線、母排與絕緣子連接處螺栓緊固不實(shí)發(fā)熱

母排與絞線、母排與絕緣子連接處螺栓緊固不實(shí)發(fā)熱有一定的可能性，最可能發(fā)生點(diǎn)火的點(diǎn)為：1）鍍錫軟銅絞線與N相排搭接處，2）N相排與絕緣子搭接處。

此兩點(diǎn)點(diǎn)火引起熱縮套管燃燒，封板熏黑位置與熱縮套管燃燒位置一致，在C相未燒斷之前，電流仍為系統(tǒng)正常電流電壓狀態(tài)，故開口三角不會(huì)動(dòng)作，在C相即將斷開時(shí)，薄弱處可能產(chǎn)生短暫電弧，C相徹底燒斷后，開口三角保護(hù)因相電壓不平衡而動(dòng)作。

但由于該點(diǎn)為中性點(diǎn)側(cè)母排上的點(diǎn)，正常情況下無電流，單純振動(dòng)不足以產(chǎn)生如此大的能量，故該原因可能為事故發(fā)生的一項(xiàng)原因，但不是最主要原因。

2.7系統(tǒng)諧波電流

系統(tǒng)諧波會(huì)使電網(wǎng)中的元器件產(chǎn)生附加的諧波損耗，引發(fā)公共電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，尤其會(huì)對(duì)電容器造成重大威脅。在工頻頻率下，電容器容抗比系統(tǒng)感抗大的很多，不會(huì)產(chǎn)生諧振。

但對(duì)于諧波頻率而言，系統(tǒng)感抗大大增加而容抗大大減小，可能發(fā)生并聯(lián)諧振，這種諧振會(huì)使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，從而使電容器組損耗增加，使用壽命減短，諧波電流在電網(wǎng)中與電容器之間往復(fù)交換，會(huì)使之產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)并釋放較大熱量。同時(shí)三次諧波在負(fù)載平衡的情況下也會(huì)使中性線帶電流，甚至此電流會(huì)大于相電流。

假設(shè)三相電流相等。因基波相位角差120度。它在中性線上的矢量和為零。但各相三次諧波電流在中性線上卻處于同一相位上, 它們不是互相抵消而是互相疊加，這樣中性線電流不再為零,當(dāng)三次及其奇數(shù)倍諧波電流含量大時(shí)中性線電流可等于甚至大大超過相線電流，如圖2所示。

舉例如下：若系統(tǒng)處于三相平衡線性負(fù)載, 其中性線電流等于零。若系統(tǒng)處于三相不平衡線性負(fù)載, 各相在中性線上這個(gè)I 是有效電流或方均根電流, 三相電流不等時(shí)電流較小, 一相的欠發(fā)熱可以抵消中性線上的發(fā)熱。若系統(tǒng)處于三相平衡非線性負(fù)載, 各相零序電流有效值彼此相等, 即：INA = INB = INC，中性線零序電流有效值應(yīng)為三者之代數(shù)和，即：IN = INA + INB + INC。

也就是說電氣回路中除基波電流外還存在多次的諧波電流作用在中性線上，導(dǎo)體就額外增加這些諧波分量引起的發(fā)熱, 特別是在能產(chǎn)生大量三次諧波的氣體放電燈等非線性負(fù)載大量使用的情況下，中性線的嚴(yán)重過載將不可避免，因諧波的含量過大，就導(dǎo)致回路過載和斷路器跳閘，三相四線回路中性線過載熱故障發(fā)生。

圖2 三次諧波疊加示意圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電容器組運(yùn)行中存在噪聲尖銳的問題，且噪聲隨負(fù)荷變化而變化，故判斷該變電站存在諧波，由于事故發(fā)生點(diǎn)位于設(shè)備中性點(diǎn)側(cè)，故判斷中性點(diǎn)側(cè)一定存在電流，因此判斷此諧波最大的可能為3次諧波。

經(jīng)過上述分析和原因排除，系統(tǒng)諧波及接頭接觸不良導(dǎo)致接觸電阻增大是導(dǎo)致中性排過熱熔斷的最可能原因。

3.防范措施

根據(jù)對(duì)事故原因的詳細(xì)分析和驗(yàn)證，我們提出三點(diǎn)改進(jìn)措施：

1）增設(shè)濾波設(shè)備，由于三次諧波對(duì)于設(shè)備造成重大威脅，可考慮增設(shè)濾波設(shè)備，已達(dá)到取出諧波危害；

2）控制非線性負(fù)荷，如樓宇（尤其是大量使用熒光燈、大型顯示屏的樓宇）、電弧爐、晶閘管控制設(shè)備等。

3）增加中性點(diǎn)容量，將中性點(diǎn)母排更換為TMY-80*8，將鍍錫軟銅絞線更換為TJRX3-7。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)一起電容器爆炸事故，對(duì)可能存在的事故原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析和驗(yàn)證，獲得了事故發(fā)生的原因，最后提出了改進(jìn)措施，對(duì)防范該類事故的發(fā)生有一定的參考。