《在分断高压并联电容器组的过程中电容器发生故障的原因及预防措施》由会员分享，可在线阅读，更多相关《在分断高压并联电容器组的过程中电容器发生故障的原因及预防措施（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2 0 0 0年 电力电容器学会论文集 在分断离压并联电容若 1 组的过程中 电容舒发生故降的原因及预防猎抢 西 安 电 力 电 容 器 研究 所沈文琪 进行。 图1 中 心点 接地电容器组的等值回路 LI一布 1 前言 高压并联电 容器是一种在电网中 广泛应 用， 量大面 广的产品， 其在电网中 的安全运 行对提高电网的 功率因数， 降低线路损耗， 提高电 源质童和稳定性均 起着十分重要的 作 用，近年来在电力部门和制造厂的共同努力 下，国 产电力电容器的安全运行率有了较大 幅 度的 提高。 但是。 据统计资料显示有相当 一部分电容器故障是在对电容器/ 组作分断 操作的 过程中发生的， 有的
2、还因 此引起较为 严重的 二次事故， 这就使我们不得不对在分 断高压并联电容器/ 组的过程中所发生的物 理现象 作一 些分析和认识。以 便从中 找出 引 起电容器发生故障的原因， 有针对性地采取 相应措 施，防患于未燃， 确保电 力电 容器在 电网中得以安全运行。 2 分断中心点接地三相电容器/ 组时的回 路 现象 如图 1 所示，中心点接地的三相电容 器组。 实际上可以把它看成是由三 个单相回 路组成的， 所以， 为了 使问题更加简明， 对 分断中 心点接地三相电容器1 组回 路现象的 讨论可以在如图2 所示的单相等值回 路上来 。 十= lI0 T T 图z分断电 容器 / 组时的单相 等
3、值回 路 图 中: u 厂电 源 电 压; U ,一电 源侧触头电 压; u 厂电 容器侧触头电 压; U c 一电容器上电压; C 。 和 C分别是电葺侧和电容器侧的 杂散电 容。 与 一电 源侧的等值电感; s- 一 开关; L 一电容器侧的等值电 班; 尸回 路电流; 图 3是图 2回路中的开关作分断操作 _ 、 象 游 2 仪10年在分断高压并联电容器1 组的过程中电容器发生故障的原因及预防措旅 1 4 1 。巅 已庄闪n二n尚二 时回 路中的电流电压波形， 由图 3可以 看 出，当 开关的 触头分离 后， 触头间 会燃 弧， 这个电弧在电流 i 。 过零时熄灭。由于开关 断口 间在
4、开断 瞬间 的电 压 U , ( y ) =L h ,- ( - U ,- ) 的值很低， 所以 开关极易开断电容 回 路， 在开 关断口间的 燃弧时间很短，电 弧 熄灭后， 在电容器的两端保持着充电电 压- U , ， 而电源侧的电压U , 、 在开断瞬间从 一 U Z m 速降到一 U l . 。因此， 在图3 中 可以 看到一个 微小的 振荡电压， 随后 U , 就随着电源电压 U 。 迅速升高.断口 间的恢复电 压随之增大， 轻二分之一周波后达到 最大值。 U , ( t, 十 。) = U 、 十 U a m . . . . . . . . . . . . . . 1 ) 也就是 说
5、， 在短短的 l o m s的 时间内 开 关断口间的电压，就从一个很低值迅速升高 到了电源电压峰值的两倍.如果，在这段时 间内 断路器 触头间的开 距还不 够大.断口 间 的绝缘的恢复速度赶不上恢复电压的上升速 度，断口之间 就有可能 再次发生击 穿，即 重 击穿， 在图 ( 4 ) 中给出了 断路器开断电容 器回路发生重击穿现象时的电流、电压波 形。从图( 4 ) 可以 看到， 在 t , 瞬间断口 发 生 重击 穿后 在 c . , c 及 c上的电 荷迅速均 衡， 均衡后电 压为 U c n ，由 于在电 容器与电 源之间存在着 2 U ，的电 压差， 其结果必然 会产 生一个幅 值很
6、高的高 频涌 流i , : 式中: Ic 二 ， ( sin w t 一 2 丝。 一 。 s in , t ). - .( 2 ) l 工频电流峰值; 。 一工 频电流角频率 m - - 涌入电流角频率: 图3电容回路开断时的电流电压波形 如果， 这个高频涌流在 其第一次过零时 断口间的电 弧熄灭， 则电容 器上的 电压将达 到U , , - 3 U _ 也 就 是 说， 在 开 关 发 生 第 一 次重 击穿后， 作用在电容器上的电 压将达到 电源电 压峰值的3 倍， 这时， 作用在开关断 口间的电 压，在 熄弧的瞬间t3 将达到3 U 然后如图 ( 4 ) 中的阴影线所示，经二分之 一周
7、波 后， 在 瞬间将达到 4 U 。如果在 这瞬间开关的触头间再次发生重击穿，则作 用在电 容器上的 重击 穿过电 压将达到 5 U , 以此类推，在进一步发生第 3次，第 4 次重 击 穿 时， 在电 容 器 上 将 经 受7 U . 和9 U - 的 重击 穿过电 压的作用， 由 此可见， 开关重击 穿，特别是开关多次重击穿是非常有害的， 它不但会严重的损害电容器，高幅值的电弧 电流还会严重损伤开关的触头，甚至发生开 关的 触头被相互熔焊在 一起，当 然， 在实际 情况 下， 重击穿不一定 都是 在电源 电压达到 峰值时发生的，在实际回路中也有一定电 阻， 会起到一些阻尼作用， 所以 通常
8、在电 容 器上 测得的 重击 穿过电 压会比以上 的理论值 电力电容器学会论文集 2 0 0 0 年 图4断路器开断电容回路发生重击穿时的电流电压波形 C , . C C , -电容器的主电容; 3分断中心点不接地三相电容器2 组时的 回路现象 在我国电网中运行的高压并联电容器组 大部分采用中心点不接地的三相星形联结方 式，其等值回路如图 ( 5) 所示。 自+。卜:Ll C a C .4 a . . 纷个又， C: cc16 田5 分断中心点不接地三相星 形结电容器组的等值回路 U , U 、U . 4 -电源电压; s , , 匀、 s ， 一三相断路器: C c . , c o -电 容
9、 器的 极对 壳 电 容; L、IL 一回路等值电感; 由于电容 器除主电 容外，都有一个极 对 壳电容， 而电 容器的 箱壳又 经常是接地的， 所以在图 ( 5 ) 所示的中心点不接地三相星 形结电容器回路中，通常还有一个不太令人 注惫的中心点 接地的 三相星形结电容器 极对 壳电容回 路。至于 接地的三相回路在上面已 讨论过了， 这里 不再重复，现在来看一下由 高压并联电容 器的主电容构成的中心点不 接 地三相星形回 路。 当三相断 路器S , 、 S 乌同步 动作时， 首先电流过零的 那相先熄弧. 其它两相构 成 单相回路， 再 经过1 / 4 周波后， 第二相和第 三 相同时开断， 在
10、第一相开断后，电容回 路 中的中 心点电 位从U= 0 变成: 滋 2 0 0 0年在分断高压并联电容鉴i s的过程中电容器发生故障的原因及预防措旅 U= 1 / 2 U m( 1 - c o s w t ).、 ( 3 ) 在开断瞬间， t = 0 , U , - O ， 在开断相的 断口间的恢复电压U , ， 为: U = 告 、 (，一 ，)+ 。 。 一 U , cos w t 由于U c - U m , ，所以 U , = 号 、 (，一 t) 一(4) 在第一相开断后， 经 过 1 / 4 周波第二相 和第三相同时开断后，中心点的电位就被固 定在 1 / 2 U _ 、 此后在第一
11、相断口间的 恢复电 压就变成 : 其电 流、电 压波形如图6 所示，由于 第 2 相熄弧比 第 I 相熄弧迟二 2, 所以t 2 - t i- 下/ 2 . U = 合 U + U a - U , co s. t, 二 圣 U - - U - co s - “ 一(5) 在第一相开断后经过1 / 2 周波， c o s w t , = - l 。在断口 间的 恢复 电压U r l m 。 二 2 .5 U , 同 样， 在断路器断口3 上的恢复电压U , 为: u C3U e3 U , = 一 _f2 、 一 U - . COS(W tz - 3 a) (6) 在断路器断口2 上的恢复电 压U
12、 ,z 为: U ,: 一 零 U , - U , . cos(- t，一 3 n).(7) 即在断路器 2 和断路器3同时熄弧后的 1 / 3 周波时在断路器2 上的 恢复电压达到最大 值，即: U , 2 _ = 1 .8 6 6 U _ . . . . . . . . . . . . . . . . . 一 ( 8 ) ; 断路器断口3 上的 恢复电压在断口 熄弧 后的2 / 3 周波时达到最大值， U , _二 1 . 8 6 6 U _ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 9 ) ; 图 ( 6 ) 第 I 相开断后经四
13、分之一周波后 第2相、第 3 相开断时的电压、 电流波形图 图中: 1 、 叱 、 i 3 : 各相电流; U , U ,1 . U , , :各 相电M,电 压; U a , U , . U , : 各相电 容器上的电 压; U , , , U 12 , U c , : 各相开关触头间的恢复电压; 如果在开断电容器回 路时， 三相断 路器 电力电容器学会论文集 2 0 0 0年 不同步， 在第1 相开断后， 第2 相、 第3 相 在此后的1 / 4 周波时断口 不能及时 打开，由 于中性点电位迅速变化， 在断路器断口1 上 的 的 恢 复 电 压U , . 将大 幅 度 升 高， 其 详 情
14、 见 图 ( 7 ) .由图 ( 7 ) 可看到在第一相开断 后 经1 l 2 周波后中 心点电 位升高到U - ， 而电 源电压又 从U, 变化到- U _ ， 电容器上的电 荷保持不变， 所经在第1 相开断后的半个周 波时断口I 上的 恢复电压U , , = U 0 + U- U d = 3 U , m 。如果第1 相开断后， 第2 相 在经 1 / 4 周波时及时开断， 而第3 相的触头仍未动作 时，由 于第3 相电容器的作用中 心点电位被 进一步抬高， 从而在第 1 相触头上的恢复电 压最高可能会达到4 U - 。这是非常可怕的， 极易在第1 相的触头间发生重击 穿。 对于三相中心点不
15、接地的电容回 路， 如 果开关能及时开断， 则如图 ( 6 ) 所示电容 器上的 电压为: U c ,= U . , U ,2 = 0 . 3 6 6 U . U , = 1 .3 6 6 U _ 。 对电容器是不会有任何 伤害的， 但应注惫， 因电容器上有剩余电荷， 不能开断后立即再次投运， 要等电 容器上的 电荷通过放电装里放电到O . l u 。 以下后才能 再次投人电网运行，以免发生过大的涌人电 流和合闸过电压， 在开断三相中心 点不接地 三相电容回路时，即 使有一相断路 器的断口 间发生重击穿，因形不成充电回路，所以对 电容器的极间绝缘也不会造成伤害，但由于 中 心点电位提高及由 于
16、电 容器的箱 壳通常是 接地的缘故， 对电容器的极对壳绝缘还是有 一定威胁的. 炎 沙 卜 ， 因为一相重击 穿. 在另 一相的断口 间有可能会发生4 U -的 高电 压， 在高电压的 作用下另一相也可能会跟着 发生重击穿， 从而导致两 相重击穿， 在图( 8 ) 中列出了三相 不接地电 容器回 路发生两 相重 击穿时的等值电 路， 假定在第2 相熄弧 后经 1 1 . 1 6 m 。 第I 相和第2 相发生两相断口重击 穿， 并假定此时的时间c -0， 在电容器C ， 和 C : 上的 剩余电 荷不变， 则可得到: 。 。，= 0.3 7v / f2 U ,.- Z 、 一 图 ( 7 ) 第1 相开断后经 1 / 4 周波第2 相、 第3 相的触头仍未打开时的电压、 电流波形 图 同样可得到: 、 2 _ _ 0 .2 7U ., 2 、 一 ， 冬 U “ - ,a.一 ( 1 1) 式中。一电源角频率; 、 ，彝 钾 目 2 0 0 0年在分断高压并联电容器2 组的过程
