10kV并联电容器装置连接头发热原因分析

10kV并联电容器装置连接头发热原因分析

姚志华

（杭州供电公司浙江杭州310015）

摘要：本文主要围绕着10kV并联电容器装置连接头发热问题进行探讨，分析了出现10kV并联电容器装置连接头发热情况的原因，针对这种问题进行了深入的剖析，并最终总结了10kV并联电容器装置连接头发热的解决措施。

关键词：10kV并联电容器装置；连接头；发热；原因

在应用10kV并联电容器装置的过程中，装置的连接头在很多情况下都会出现发热的情况，所以，我们要有针对性的进行分析，总结连接头发热的原因，并对其进行预防和控制。

1、分析10kV并联电容器装置发热的必要性

伴随着电网规模不断扩大和电力系统网络结构不断变化，电力系统无功补偿的作用显得更加重要。虽然电力电容器的可靠性得到大幅度的提高，但电力电容器在运行过程中故障仍时有发生，不容忽视。本文着重对并联电容器发热故障进行深入分析，并针对性地提出防范措施和日常检修及运行维护的一些建议，以提高电网无功系统的安全性和可靠性。

变电站中的10kV并联电容器组作为一种无功补偿装置，对调节系统电压起到非常重要的作用。若无电容器的可靠调节，将会产生过大的电压偏移，给电力系统和电力用户带来很大的影响，轻则造成设备损坏，产品质量和产量降低，重则引起电力系统“电压崩溃”，造成大面积停电。因此，并联电容器组的正常运行与否，密切关系到电力系统的供电质量和电网安全稳定运行。电容器组在运行中受各种因素的影响，容易出现导电接触面发热现象，进而影响其安全稳定运行。因此，分析电容器组的发热原因，采取切实可行的对策在电力系统中显得非常重要。

2、发热原理

设备发热是由电流流过导体的焦耳效应产生的。导体的电阻就是一种将电能转换为热能的元件，当电阻有电流通过时就会有热量产生。由Q=I2Rt可知，电流通过导体产生的热量Q与电流I的平方、导体电阻R和通电时间t成正比，因此除时间外，连接头的发热主要涉及通过设备的电流和连接头处的电阻。另外，伴随热量的产生，导体的温度又会随着上升，即:

Q=cm(t-t0)

式中，c为物质的比热容，J/(kg•℃);m为物质的质量，kg;t为物质末温度，℃;t0指物质初温度，℃。

2.1电容器组的电流

并联电容器组可利用自身的容性参数，通过投入系统，在低压母线电压产生容性电流，以抵消系统感性电流，进而起到减少线路损耗、提高系统电压的作用。另外，电容器组发生短路接地时，将流过很大的短路电流，直到故障切除。

2.2接触电阻的产生

当两个金属导体相接触时，除了导体本身的电阻外，在接触区域内还存在一个附加电阻，即接触电阻。接触电阻由收缩电阻和膜层电阻组成。收缩电阻(Rc)是电流在流经电接触区域，从截面较大的导体突然转入截面很小的接触点，电流发生剧烈收缩时所呈现的附加电阻。膜层电阻(Rf)由接触表面膜层及其它污染物所构成。很大的短路电流和增大的接触电阻都易引起连接头的发热，而变电站现场大部分的连接头发热问题都是由接触电阻增大导致的。

3、接头发热的案例分析

3.1分析背景

某110kV变电站110kV辛黄742线供#1主变运行，110kV丁岗734线供#2主变运行，110kV内桥700开关热备用。#1主变供10kVI段母线，#2主变供10kVII段母线，10kV分段100开关热备用。10kVII段电容器为TBB10-3006/334-AY型，连接母排为铝排LMY50×6，电抗器接线头为铜排TMY50×6，2015年7月25日出厂，2015年11月2日投运。故障前，设备运行工况良好，无异常情况发生。该站#2主变的型号为SZ7-31500/110，额定容量为31500kVA，阻抗电压为10%；10kV电容器出线保护采用过流保护、低电压保护、过电压保护、不平衡电压保护。TA变比为600/5，过流I段一次整定值1440A，0.05s；过流II段一次整定值360A，0.3s；不平衡电压动作时间为0.2s。

3.2事故经过

2016年3月7日9点20分，巡视该变电站时，发现10kVII段电容器组中电抗器A相连接排发热变色，于是对10kVII段电容器开关进行了停役，发现电抗器A相连接排黄色热缩套及导体已发黑。

3.3事故分析

发生故障的10kVII段电容器运行在#2主变，根据#2主变的型号参数，三相短路稳态电流为18.2kA。计算出铜母排的最小截面为148mm2，再计算出铝母排的最小截面为240mm2，而实际母排截面为300mm2，因此母线排满足额定短时耐受电流的要求。另外，可根据连接排发热时电容器开关未跳闸及系统电压未出现不平衡现象，排除由系统短路引起电流突然增大导致连接头发热。

该电容器组正常运行时，电流在165A左右，连接头与外界环境进行热交换能维持热平衡状态，连接头处温度稳定在正常值。但当连接头电阻发生变化时，如接触电阻增大就会打破这个平衡，导致连接头发热甚至过热引起热缩套变色。

停电后检查发现，此次事故最直接的原因是铜铝过渡片质量不佳，表面冲孔处有毛刺、粗糙不平整，部分甚至有轻微的变形。现场拼接安装时，未对变形、有毛刺的铜铝过渡片进行更换或打磨加工，就直接进行搭接，减少了搭接处的接触面，增加了接触电阻(Rc+Rf)，长时间运行及震动导致接触电阻进一步增大从而引起电抗器连接头处发热。连接头的发热又会导致导体电阻(Rp)的增大，从而进一步增大了导体电阻值，热量进一步上升，形成了恶性循环，最终导致连接头发热氧化变色。

4、防范措施

根据以上分析，提出如下防范措施。

4.1接触面搭接时，应用细纱皮或磨光机将氧化层打磨掉，接触面应平整光滑无毛刺。

4.2为防止接触面氧化，接触面可涂抹少量的中性凡士林。铜铝母线连接时，应将铜母线镀锡，或使用特制铜铝过渡线夹。

4.3接头连接处螺栓应使用力矩扳手均匀紧固，不应松动、有空隙，以免增加接触电阻。接头的电阻值不应大于相同长度母线电阻值的1.2倍。

4.4在未加装热缩套前对设备连接部位的紧固情况进行严格检查。用塞尺检查接触情况，接头应紧密。可以测量直流压降。如果母线接头的电压降不大于同长度母线的电压降，那么认为符合要求。

4.5为方便查看发热情况，可采取在连接头处粘贴示温蜡片或涂变色漆等措施。

4.6加强日常巡视工作，做到巡视全面，不遗漏任何接触面的检查。

4.7定期开展设备精确测温工作，及时发现发热点并处理。

结束语

综上所述，只有在10kV并联电容器装置的安装调试阶段做好质量管控，才能够确保10kV并联电容器装置的安全可靠运行，避免出现连接头发热的情况。

参考文献

[1]金向朝,黄松波,陆培钧,严飞,倪学锋.电容器故障监测系统的应用研究[J].电力电容器与无功补偿.2016(03):90.

[2]黄玲,黄有祥.温度对集合式全膜并联电容器使用寿命影响的研究[J].电力电容器.2016(02):48.