一起电容器起火事故分析及防范措施

温州供电公司的研究人员张磊、王策，在2015年第2期《电气技术》杂志上撰文，对一起运行中的电容器装置发生起火故障的原因进行分析验证，并提出了相应的改进建议和措施，对今后防范和处理该类事件提供一定参考。

1 事故情况

2014年4月1日，某变电所运行中电容器装置发生起火故障，该设备型号为：TBB10-4800/200-1%AK，故障发生后，电容器不平衡保护动作切断故障设备。经现场查看发现：

1）电容器柜眉头板及侧封板上部有烧焦现象，如图1所示。

图1 电容器柜烧焦情况

2）N相排上部被烧化，绝缘子被严重烧黑，N相排热缩套管烧尽。

3）放电线圈与母排之间的镀锡软铜绞线被烧化，放电线圈接线铝排与镀锡软铜绞线搭接处被烧化。

4）被烧化的排、绞线、热缩管残渣落在了A、B相上。

5）现场保护定值设定如下：过流保护定值为6.6A，整定延时响应时间为：0.2秒。开口三角保护定值为：1.83V，整定延时响应时间为：0.2秒。过电压保护定值为115V。保护装置显示0.000S保护启动，0.202S不平衡保护动作BPHmax=127.8V。

6）其他两相电容器外观完好，判断故障为单相故障。

2 原因分析

事故发生后，通过对设备进行仔细检查，发现造成电容器母排及软连接线烧毁存在六种可能的事故原因：设计安全距离不足，母排及绞线载流量不足，保护定值设置错误未及时跳闸，二次接线错误造成保护不动作，放电线圈质量有问题被击穿，母排与绞线、母排与绝缘子连接处螺栓紧固不实发热，系统谐波电流。我们将对这六种可能的事故原因逐一进行分析验证。

2.1设计安全距离不足

根据《GB50060-92 3～110kV高压配电装置设计规范》的要求，屋内带电部分至接地部分之间安全净距应大于等于125mm，不同相带电部分之间安全净距应大于等于125mm。[1]现场对安全距离进行实际测量，本电容器成套设备故障点安全净距如下：N相排至后侧封板(最近接地点)距离为185mm，镀锡软铜绞线至柜前门板(最近接地点)距离为300mm，两相之间最近距离为500mm。故符合安全距离的设计要求。故可以排除此故障原因发生的可能性。

2.2母排及绞线载流量不足

本设备选用母排为LMY-50×5铝母排，根据《DL/T 5222-2005导体和电器选择设计技术规定》的规定要求，该母排载流量为：518~545A，故在本工程中能够承受设备正常电流。

本设备选用镀锡软铜绞线为TJRX3-70，根据《GB/T12970.1-2009电工软铜绞线》的规定要求，该绞线载流量为：296A。本设备采用双股软铜绞线，故能承受592A以内的电流。综上，母排及绞线载流量符合设计要求。通过现场对母排及镀锡软铜绞线进行实际测量确认，排除此故障原因发生的可能性。

2.3保护定值设置错误未及时跳闸

本次电容器组主要采用以下保护方式对电容器进行保护：1、过压保护115V，2、过流保护6.6A，3、开口三角保护1.83V。最终生效保护为开口三角保护，跳闸电压125V。

开口三角保护计算结果为：Udz=1.83V，与现场设置相同。故开口三角保护设置正确。

过压保护设置为115V，延时0.2秒，符合设计要求，能够灵敏迅速的对过电压状况进行检测，故过压保护设置正确。

综上，保护定值的设计均正确，此原因可排除。

2.4二次接线错误造成保护不动作

鉴于本设备运行一周后才出现故障，故二次接线问题不太可能是接反接错之类的问题，二次接线错误可能是未接到保护装置指定端口或CT、PT侧接线松散脱落的问题（开口三角保护支路接线正确，因为该路在故障发生至C相断相阶段时动作了），此问题配合电容器内部故障或者放电线圈故障，有一定的可能性会造成该故障，经现场对二次接线情况进行仔细核查，此原因可排除。

2.5放电线圈质量有问题被击穿

放电线圈有问题被击穿将导致C相断路，短路将导致三相电压不平衡，由于开口三角保护在故障发生至C相断相时，保护已经动作并记录，因此放电线圈质量有问题被击穿不会导致此故障现象的发生。

2.6母排与绞线、母排与绝缘子连接处螺栓紧固不实发热

母排与绞线、母排与绝缘子连接处螺栓紧固不实发热有一定的可能性，最可能发生点火的点为：1）镀锡软铜绞线与N相排搭接处，2）N相排与绝缘子搭接处。

此两点点火引起热缩套管燃烧，封板熏黑位置与热缩套管燃烧位置一致，在C相未烧断之前，电流仍为系统正常电流电压状态，故开口三角不会动作，在C相即将断开时，薄弱处可能产生短暂电弧，C相彻底烧断后，开口三角保护因相电压不平衡而动作。

但由于该点为中性点侧母排上的点，正常情况下无电流，单纯振动不足以产生如此大的能量，故该原因可能为事故发生的一项原因，但不是最主要原因。

2.7系统谐波电流

系统谐波会使电网中的元器件产生附加的谐波损耗，引发公共电网中局部的并联谐振或串联谐振，尤其会对电容器造成重大威胁。在工频频率下，电容器容抗比系统感抗大的很多，不会产生谐振。

但对于谐波频率而言，系统感抗大大增加而容抗大大减小，可能发生并联谐振，这种谐振会使谐波电流放大几倍甚至数十倍，从而使电容器组损耗增加，使用寿命减短，谐波电流在电网中与电容器之间往复交换，会使之产生机械振动并释放较大热量。同时三次谐波在负载平衡的情况下也会使中性线带电流，甚至此电流会大于相电流。

假设三相电流相等。因基波相位角差120度。它在中性线上的矢量和为零。但各相三次谐波电流在中性线上却处于同一相位上, 它们不是互相抵消而是互相叠加，这样中性线电流不再为零,当三次及其奇数倍谐波电流含量大时中性线电流可等于甚至大大超过相线电流，如图2所示。

举例如下：若系统处于三相平衡线性负载, 其中性线电流等于零。若系统处于三相不平衡线性负载, 各相在中性线上这个I 是有效电流或方均根电流, 三相电流不等时电流较小, 一相的欠发热可以抵消中性线上的发热。若系统处于三相平衡非线性负载, 各相零序电流有效值彼此相等, 即：INA = INB = INC，中性线零序电流有效值应为三者之代数和，即：IN = INA + INB + INC。

也就是说电气回路中除基波电流外还存在多次的谐波电流作用在中性线上，导体就额外增加这些谐波分量引起的发热, 特别是在能产生大量三次谐波的气体放电灯等非线性负载大量使用的情况下，中性线的严重过载将不可避免，因谐波的含量过大，就导致回路过载和断路器跳闸，三相四线回路中性线过载热故障发生。

图2 三次谐波叠加示意图

根据现场电容器组运行中存在噪声尖锐的问题，且噪声随负荷变化而变化，故判断该变电站存在谐波，由于事故发生点位于设备中性点侧，故判断中性点侧一定存在电流，因此判断此谐波最大的可能为3次谐波。

经过上述分析和原因排除，系统谐波及接头接触不良导致接触电阻增大是导致中性排过热熔断的最可能原因。

3.防范措施

根据对事故原因的详细分析和验证，我们提出三点改进措施：

1）增设滤波设备，由于三次谐波对于设备造成重大威胁，可考虑增设滤波设备，已达到取出谐波危害；

2）控制非线性负荷，如楼宇（尤其是大量使用荧光灯、大型显示屏的楼宇）、电弧炉、晶闸管控制设备等。

3）增加中性点容量，将中性点母排更换为TMY-80*8，将镀锡软铜绞线更换为TJRX3-7。

4.结束语

本文针对一起电容器爆炸事故，对可能存在的事故原因进行了详细的分析和验证，获得了事故发生的原因，最后提出了改进措施，对防范该类事故的发生有一定的参考。