Mik a hibaelhárítási mechanizmusok jellemzői és a megelőzési intézkedések az erőművek kondenzátorainál?

1 Hídpontok károsodásának mechanizmusai

A hídpont főbb elemei egy tartótest, a hídpontmag, az izoláló közeg és a végződési szerkezet. A tartótest általában vékony acél vagy锈钢或不锈钢制成，盖子上焊接有套管。电容器芯由聚丙烯薄膜和铝箔（电极）绕制而成，外壳内部充满液体介质以实现绝缘和散热。 作为一个完全密封的设备，电力电容器常见的故障类型包括： - 内部电容元件击穿； - 熔丝熔断； - 内部短路故障； - 外部放电故障。 内部故障对电容器本体破坏性更大，一旦发生通常无法现场修复，严重影响设备利用率。 **1.1 内部电容元件击穿** 电容元件击穿主要由介电老化、水分侵入、制造缺陷和恶劣运行条件等因素引起。如果元件没有内部熔丝，单个元件的击穿将导致与其并联的其他元件短路，从而失去分压作用。这会增加剩余串联元件的工作电压。如果没有及时隔离故障，这将带来严重的安全隐患，并可能导致灾难性故障。使用内部熔丝可以有效且迅速地隔离故障元件，提高运行安全性。 电容器击穿可分为三种类型：电气击穿、热击穿和局部放电击穿。 - **电气击穿**：由过电压或谐波引起，导致介电层中的电场强度过高，在缺陷点处发生绝缘失效。其特点是持续时间短、电场强度高。击穿强度与电场均匀性密切相关，但对温度和电压持续时间不太敏感。 - **热击穿**：当产生的热量超过散热时，介电层的温度持续上升，导致材料降解并最终绝缘失效。这种情况通常发生在稳态运行中，相比电气击穿，其击穿电压较低且电压施加时间较长。 - **局部放电击穿**：由于介电层内局部高电场超过低介电常数区域（如液体、气体或杂质）的击穿强度而引发。这会导致局部放电，逐渐降低绝缘性能，最终演变成全通电极击穿。这一过程是渐进的，从非穿透放电发展到完全绝缘失效。 **1.2 熔丝熔断** 熔丝保护是电力电容器最常见的保护措施之一，在补偿系统的安全稳定运行中起着至关重要的作用。它分为外部熔丝保护和内部熔丝保护。 - **外部熔丝保护**：当内部电容元件故障时，通过电容器和外部熔丝的故障电流增加。一旦电流达到熔丝的额定熔断阈值，熔丝发热，打破热平衡并熔断，切断故障电容器以防止故障扩大。 - **内部熔丝保护**：在元件故障时，并联元件向故障元件放电，产生高幅值、快速衰减的瞬态电流。该电流的能量使串联的内部熔丝熔断，隔离故障元件，使其余电容器继续运行。 实际上，熔丝选择不当或端子接触不良可能在正常运行期间导致异常熔断，错误地移除健康电容器并减少无功功率输出。 如果内部熔丝尺寸不合适且未能及时隔离故障，故障可能会恶化，甚至可能导致电容器爆炸或火灾。 **1.3 内部短路故障** 电力电容器的内部短路故障主要包括带电电极与外壳之间的短路和电极间的短路。这些故障主要是由长期介电老化、内部水分侵入、过电压应力或设计或制造过程中固有的绝缘缺陷引起的，所有这些都可能导致穿刺型绝缘击穿和内部短路。 **1.4 外部放电故障** 外部放电故障是指发生在电容器本体外的故障，由外部因素如套管表面闪络、套管穿孔、相间或相地短路或机械应力导致瓷套管裂纹等引起。这些故障原因多样，但发生在外部电路中。通常可以通过继电保护动作、例行检查或离线测试及时检测和缓解。虽然其发生概率和严重程度低于内部故障，但仍需给予足够的重视。 **2 电力电容器常见故障特征及原因** **2.1 电容器本体漏油** 作为完全密封、高电场强度、大电流的设备，电力电容器漏油不仅因油位下降而降低绝缘水平，还因内部压力下降而导致水分侵入，造成绝缘受潮，绝缘电阻下降，最终导致内部元件击穿甚至爆炸。 漏油的主要原因包括：焊接不良导致密封不严；垫圈老化或受力不均；运输或安装过程中机械损伤；维护不足导致外壳腐蚀；以及机械应力损坏套管密封。 **2.2 电容器外壳变形** 在正常运行条件下，由于温度和电压变化导致电容器外壳轻微膨胀或收缩是可以接受的。然而，当内部电场强度过高，导致局部放电或短路时，介电质分解并产生大量气体，增加了密封腔内的压力，导致外壳鼓胀或变形。 一旦发生严重变形，通常无法在现场修复，需要更换。外壳变形不仅加剧内部绝缘劣化，还可能损坏电气结构，改变原有的绝缘间隙。在严重情况下，可能导致套管断裂（见图1），甚至引发爆炸或火灾。  外壳变形的主要原因是产品质量问题，例如：电极或介电材料质量差；使用非吸气绝缘油；生产环境或工艺不合格；生产过程中残留杂质；过度追求特定性能指标；或者外壳材料太薄。 **2.3 电容器异常温升** 电力电容器的异常温升导致本体温度过高，加速内部介电质的热老化，降低其绝缘强度，甚至可能触发局部放电。电力电容器的使用寿命一般遵循“8°C规则”：每超过设计允许运行温度8°C，预期寿命大约减半。 异常温升的主要原因是通风不良或长时间过电流。例如：电容器室空间布局不合理或通风设备布置不当导致散热不足；过电压运行导致过电流发热；整流装置产生的谐波电流也导致电容器过热。此外，介电老化、水分侵入或内部组件故障也会增加功率损耗，进一步加剧温升。 **2.4 电容器套管表面闪络放电** 电力电容器装置中的组件通常紧凑排列。在运行过程中，周围环境具有高温和高强度电场，容易吸附空气中的带电粒子。这导致套管表面积污，增加表面泄漏电流。在系统谐波和电压的共同影响下，套管瓷件上可能发生局部表面电弧。当积污达到临界水平时，可能发生表面闪络放电，伴随异常噪声。在严重情况下，这可能导致外部相地短路。 **2.5 电容器异常噪声** 电力电容器是静态无功补偿设备，没有运动部件或电磁激励部件。在正常运行时，不应发出可听声音。如果在运行中出现异常噪声，可能表明电容器内部发生了高能局部放电，应立即停电检查。 **2.6 电容器破裂** 电容器破裂是一种后果严重的故障。通常发生在内部电容元件发生电极间或电极与外壳之间的绝缘击穿，导致贯穿性短路。并联运行的其他电容器会迅速向故障单元充电和放电。如果注入的能量超过外壳的机械强度，电容器可能会破裂并喷油，可能引发火灾，危及整个变电站的安全，甚至造成人员伤亡。  图2显示了由内部电容元件击穿引发的整组电容器连锁破裂事件；故障元件的具体情况如图3所示。  **2.7 电容器组连接端子过热** 电力电容器组一旦通电，将在满负荷下运行，电路电流较大。如果内部连接接触不良、设计或安装不当或维护不足，连接点可能出现局部过热。长时间过热会导致热能积累过多，可能导致连接导体熔化。电容器组端子过热故障较为常见；连接熔化的状况如图4所示。  **3 防止事故的预防措施** **3.1 确保设备制造和安装调试的质量** 电力电容器的安全运行取决于设备制造和安装调试的质量。在生产过程中，必须严格遵循工艺流程，使用合格的原材料和生产设备，并加强全过程质量监督。严格的出厂检验确保产品质量。现场安装应合理“分段分组”，确保各相各段电容匹配。同时，应注重安装后的现场交接验收，保证安装质量，减少运行中的故障。 **3.2 改进运行方式** - 在进行线路负载的送电和停电操作时，电容器组必须遵循“先断后合”的原则，而负载线路则应按“先合后断”的顺序操作。此顺序不能随意更改。 - 在恢复电容器组运行前，必须确保充分放电时间。应尽量减少电容器组的频繁投切，只有在完全放电后才能重新闭合。如果故障导致保护装置跳闸电容器组，在查明原因之前不得重新投入，以防事故扩大。 - 为避免高次谐波对电容器组的影响，应根据具体应用场景选择适当的电抗率。这可以有效抑制高次谐波，减少合闸涌流和过电压，确保整个系统的安全运行。 **3.3 控制运行环境温度** 电容器的运行温度直接影响其性能和寿命。高温会加速绝缘老化，缩短使用寿命。因此，控制运行环境温度至关重要。室内安装的电容器组应保持良好的通风，必要时安装自动温控系统。室外装置应避免阳光直射，并确保良好的通风和散热。定期对电容器组及相关设备进行带电红外测温，及时采取措施，确保内部介质温度和环境温度符合规定。 **3.4 实施设备运行状态在线监测** 在电容器组上安装在线监测装置，可以实时监测运行状态，有助于及时发现和处理潜在故障。这包括监测实际运行电压、局部放电、介质损耗、电容、泄漏电流等特征信号。这不仅有助于故障诊断和隔离，还能分析潜在缺陷，实现故障预警。 **3.5 加强设备日常巡检** 加强日常巡检是确保电容器组正常运行的关键。重点检查外壳变形、漏油、瓷绝缘子污染程度、放电迹象、电气距离和环境温度。辅助方法如红外测温可以检测连接点过热，及时进行维护，确保电力电容器组的安全运行。 **结论** 本文通过分析电力电容器的故障机理、特征及原因，从设备及安装调试质量、运行方式、运行环境温度控制、运行状态在线监测和日常巡检五个方面提出了预防措施。这些建议为电力电容器的有效应用提供了实用指导。 请注意，您提供的原文中包含了一些图片链接，这些链接在翻译过程中保持不变。