Wytyczne dotyczące eksploatacji i konserwacji kondensatorów elektrycznych

Wytyczne dotyczące eksploatacji i konserwacji kondensatorów mocy

Kondensatory mocy to statyczne urządzenia kompensacji reaktywnej, używane głównie do dostarczania mocy reaktywnej do systemów elektrycznych i poprawy współczynnika mocy. Poprzez lokalną kompensację mocy reaktywnej zmniejszają one prąd w linii przesyłowej, minimalizują straty mocy i spadki napięcia, istotnie wpływając na poprawę jakości zasilania i wyższe wykorzystanie sprzętu.

Poniżej przedstawiono kluczowe aspekty eksploatacji i konserwacji kondensatorów mocy dla odniesienia.

1. Ochrona kondensatorów mocy

(1) Do banków kondensatorów należy stosować odpowiednie środki ochronne. Mogą to być relays balansowe lub różnicowe, lub ochrona przeciwprądowa natychmiastowa. Dla kondensatorów o napięciu znamionowym 3,15 kV i wyższym zaleca się montaż indywidualnych bezpieczników na każdym kondensatorze. Prąd znamionowy bezpiecznika powinien być wybierany na podstawie charakterystyki bezpiecznika i prądu wzbudzenia, zwykle wynoszący 1,5 razy prąd znamionowy kondensatora, aby zapobiec eksplozji zbiornika oleju.

(2) Oprócz powyższego, dodatkowe środki ochronne mogą być stosowane, gdy jest to konieczne:

• Jeśli wzrost napięcia jest częsty i utrzymujący się, należy podjąć środki zapewniające, że napięcie nie przekroczy 1,1 razy wartość znamionową.

• Używać odpowiednich automatycznych przełączników obwodowych do ochrony przed nadmiernym prądem, ograniczając prąd do nie więcej niż 1,3 razy prąd znamionowy.

• Gdy kondensatory są połączone z linią powietrzną, należy używać odpowiednich zabezpieczeń przeciwuderzeniowych do ochrony przed przepięciami atmosferycznymi.

• W systemach wysokiego napięcia, gdzie prąd zwarciowy przekracza 20 A, a standardowe urządzenia ochronne lub bezpieczniki nie mogą wiarygodnie usunąć zwarć do ziemi, należy zastosować ochronę zwarć jednofazowych do ziemi.

(3) Prawidłowy wybór schematów ochrony jest kluczowy dla bezpiecznej i niezawodnej pracy kondensatorów. Niezależnie od metody, system ochrony musi spełniać następujące wymagania:

• Dostateczna czułość, aby zapewnić niezawodne działanie w przypadku uszkodzeń wewnętrznego kondensatora lub awarii pojedynczych elementów.

• Możliwość selektywnego usuwania uszkodzonych kondensatorów, lub łatwo identyfikowalnych uszkodzonych jednostek po całkowitym odłączeniu.

• Brak fałszywego wyzwalania podczas operacji przełączania lub awarii systemu, takich jak zwarcie do ziemi.

• Łatwa instalacja, regulacja, testowanie i konserwacja.

• Niska zużycie energii i koszty eksploatacji.

(4) Należy unikać instalowania automatyki ponownego włączenia w bankach kondensatorów. Zamiast tego powinno się używać urządzenia rozłączającego przy spadku napięcia. Jest to spowodowane tym, że kondensatory wymagają czasu do rozładowania. Jeśli próba ponownego włączenia zostanie wykonana natychmiast po wyłączeniu, może pozostać ładunek rezidualny o biegunowości przeciwniej do napięcia ponownego włączenia, co skutkuje bardzo dużymi prądami wzbudzającymi, które mogą powodować wypuklenie obudowy, tryśnięcie oleju lub nawet eksplozję.

2. Włączenie i wyłączenie kondensatorów mocy

(1) Przed włączeniem banku kondensatorów należy użyć megomomierza do sprawdzenia obwodu rozładowującego.

(2) Poniższe kwestie dotyczą przełączania banków kondensatorów:

• Banki kondensatorów nie mogą być podłączone do sieci, gdy napięcie na szynie przekracza 1,1 razy napięcie znamionowe.

• Po odłączeniu od sieci bank kondensatorów nie może być ponownie włączony w ciągu 1 minuty, chyba że dotyczy to aplikacji automatycznego powtarzanego przełączania.

• Przełączniki używane do przełączania nie mogą generować niebezpiecznych przepięć. Prąd znamionowy przełącznika powinien wynosić nie mniej niż 1,3 razy prąd znamionowy banku kondensatorów.

3. Rozładowanie kondensatorów mocy

(1) Po odłączeniu od sieci kondensatory muszą automatycznie rozładować się. Napięcie końcowe powinno szybko spadać, tak że, niezależnie od napięcia znamionowego, nie przekracza 65 V w ciągu 30 sekund od odłączenia.

(2) Aby zapewnić bezpieczeństwo, na stronie obciążenia przełącznika obwodowego kondensatora i bezpośrednio równolegle do kondensatora (bez przełączników, izolatorów lub bezpieczników w szeregu) należy zainstalować automatyczne urządzenia rozładowujące. Banki kondensatorów wyposażone w niestandardowe urządzenia rozładowujące, takie jak transformatory napięcia (dla kondensatorów wysokiego napięcia) lub żarówki (dla kondensatorów niskiego napięcia), lub te bezpośrednio połączone z silnikami, nie wymagają dodatkowych urządzeń rozładowujących. Używając lamp, można przedłużyć ich żywotność, zwiększając liczbę lamp w szeregu.

(3)  Przed dotknięciem jakiejkolwiek części przewodzącej odłączonego kondensatora, nawet jeśli nastąpiło automatyczne rozładowanie, należy użyć zazemnionego, izolowanego metalowego pręta, aby krótko połączyć terminale kondensatora do ręcznego rozładowania.

4. Konserwacja i opieka podczas eksploatacji

(1) Banki kondensatorów powinny być monitorowane przez wykwalifikowany personel, a rekordy operacyjne muszą być prowadzone.

(2) Wizualne kontrole działających banków kondensatorów powinny być przeprowadzane codziennie zgodnie z przepisami. Jeśli zaobserwowano wypuklenie zbiornika, jednostka musi zostać natychmiast wyłączona, aby zapobiec awarii.

(3) Prąd fazowy w banku kondensatorów można monitorować za pomocą amperometrów.

(4) Kondensatory nie mogą być włączone, gdy temperatura otoczenia jest poniżej -40°C. Podczas eksploatacji średnia temperatura nie może przekraczać +40°C przez więcej niż 1 godzinę, +30°C przez więcej niż 2 godziny, lub +20°C rocznie. Jeśli granice zostaną przekroczone, należy użyć sztucznego chłodzenia (np. wentylatorów) lub odłączyć bank kondensatorów od sieci.

(5) Kontrole temperatury na miejscu instalacji i w najgorętszym punkcie obudowy kondensatora powinny być przeprowadzane za pomocą termometrów rtęciowych lub odpowiedników, z zachowaniem dokumentacji (zwłaszcza w okresie letnim).

(6) Napięcie robocze nie może przekraczać 1,1 razy napięcie znamionowe; prąd roboczy nie może przekraczać 1,3 razy prąd znamionowy.

(7) Łączenie kondensatorów może podnosić napięcie systemu, szczególnie pod lekkim obciążeniem. W takich przypadkach należy odłączyć część lub cały bank kondensatorów.

(8) Izolatory i wsporniki muszą być czyste, nienaruszone i wolne od śladów uderzeń. Obudowa kondensatora musi być czysta, niezdeformowana i szczelna. Na kondensatorze lub jego ramie nośnym nie powinny gromadzić się kurze ani inne zanieczyszczenia.

(9) Wszystkie połączenia w obwodzie kondensatora (szyny, przewody ziemne, przełączniki obwodowe, bezpieczniki, przełączniki itp.) muszą być sprawdzane pod kątem niezawodności. Nawet luźny śrubek lub słabe połączenie mogą prowadzić do przedwczesnej awarii kondensatora lub incydentów systemowych.

(10) Jeśli wymagane jest przeprowadzenie próby wytrzymałości dielektrycznej po określonym okresie eksploatacji, musi ona być przeprowadzona przy określonym napięciu próbnym.

(11) Kontrola wartości pojemności i bezpieczników powinna być przeprowadzana co najmniej raz na miesiąc. Tangens strat (tanδ) kondensatorów powinien być mierzony 2-3 razy rocznie przy napięciu znamionowym lub bliskim znamionowemu, aby ocenić stan izolacji.

(12) Jeśli bank kondensatorów wytrąci się z powodu działania relaya, nie należy go ponownie włączać, dopóki nie zostanie ustalona przyczyna.

(13) Jeśli podczas eksploatacji lub transportu stwierdzono przeciekanie oleju, może ono być naprawione przez spajanie stopem ołowio-cynkowym.

5. Precautions during switching (isolation) operations

(1) Under normal conditions, during a complete substation shutdown, the capacitor bank circuit breaker should be opened first, followed by the outgoing line breakers. During re-energization, the sequence should be reversed.

(2) In the event of a complete power outage, the capacitor bank circuit breaker must be opened.

(3) After a capacitor bank trips, forced re-energization is prohibited. If a protective fuse blows, the fuse must not be replaced and re-energized until the cause is determined.

(4) Capacitors must not be energized while charged. After disconnection, re-closing must be delayed for at least 3 minutes.

6. Fault handling during operation

(1) In case of oil spraying, explosion, or fire, immediately disconnect the power supply and extinguish the fire using sand or a dry-type fire extinguisher. Such incidents are typically caused by internal/external overvoltages or severe internal faults. To prevent recurrence, ensure fuse ratings are correct, avoid forced re-energization after tripping, and do not use auto-reclosing.

(2) If the circuit breaker trips but the branch fuse remains intact, discharge the capacitor for 3 minutes, then inspect the breaker, current transformer, power cable, and external condition of the capacitor. If no abnormalities are found, the fault may be due to external disturbances or voltage fluctuations. After confirmation, a test re-energization may be attempted. Otherwise, conduct a full energized test of the protection system. If the cause remains unidentified, dismantle the bank and test each capacitor individually. Do not attempt re-energization until the cause is found.

(3) When a fuse blows, report to the duty dispatcher and obtain approval before opening the capacitor circuit breaker. After de-energizing and discharging, perform an external inspection (e.g., bushing flashover, casing deformation, oil leakage, grounding faults). Then measure inter-terminal and ground insulation resistance with a megohmmeter. If no fault is detected, replace the fuse and resume operation. If the fuse blows again upon re-energization, isolate the faulty capacitor and restore service to the remainder.

7. Safety precautions when handling faulty capacitors

Before handling a faulty capacitor, disconnect its circuit breaker, open the disconnect switches on both sides, and discharge the bank through the discharge resistor (e.g., discharge transformer or VT). Due to possible residual charge, a manual discharge must still be performed. First, securely connect the grounding end of the grounding rod, then repeatedly discharge the capacitor terminals until no sparks or sounds occur. Finally, secure the ground connection.

Faulty capacitors may have poor internal connections, open circuits, or blown fuses, leaving residual charge. Therefore, maintenance personnel must wear insulating gloves and short-circuit the two terminals of the faulty capacitor with a shorting wire before touching it.

For capacitor banks with double-star connections, the neutral line, and for series-connected capacitor strings, individual discharge must also be performed.

Among substation equipment, power capacitors are relatively vulnerable due to weaker insulation, higher internal heat generation, poor heat dissipation, higher internal failure rates, and combustible internal materials, making them prone to fire. Therefore, favorable low-temperature and well-ventilated operating conditions should be provided whenever possible.

8. Repair of power capacitors

(1) The following faults may be repaired on-site:

• Oil leakage from the casing can be repaired by soldering with tin-lead alloy.

• Oil leakage at bushing welds can also be repaired by soldering, but care must be taken to avoid excessive heat that could damage the silver plating.

(2) Failures such as ground insulation breakdown, significantly increased loss tangent, severe casing bulging, or open circuits require repair at specialized capacitor service facilities equipped with proper tools and testing equipment.