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变电站电容器组故障检出率低原因分析及方法改进

文档作者：李秀旗文档来源：内蒙古乌兰察布电业局		更新日期： 2026年05月26日	点击数：
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2017 年 12 月 Research Findings | 研究成果 | ·21·
变电站电容器组故障检出率低原因分析及方法改进
李秀旗
（内蒙古乌兰察布电业局，内蒙古 乌兰察布 012000）
摘 要：近几年，乌兰察布电业局经常发生变电站电容器组断路器跳闸故障，对跳闸设备进行检查试验，大多情况下，
无法检测出故障原因，导致故障检出率很低。经分析，测试仪现场稳定性差、放电线圈试验方法不先进是导致电容器组
故障检出率低的主要原因。通过采用抗干扰能力强、测量精度高的电容器测试仪；优化放电线圈试验方法等改进措施，
提高了变电站电容器组故障检出率。
关键词：电容器组；故障检出率；放电线圈；电容- 电压转换法
中图分类号：TM53 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2017）12-0021-03
电力电容器是一种静止的无功补偿设备，它的作用是
向电力系统提供无功功率，提高功率因数。采用就地无功
补偿，可以减少输电线路输送电流，起到减少线路能量损
耗和压降、改善电能质量和设备利用率的重要作用。变电
站电容器组不仅包括多单元电容器，还指电抗器、放电线
圈、避雷器等保护设备，共同组成无功补偿装置。故障检
出率是指对发生故障的设备，故障原因能够确认的设备占
总故障设备比例。故障设备的统计是指，导致断路器跳闸
并且无法投入运行的设备。如果电容器组发生故障，无法
及时投入运行，将影响电力系统无功补偿，增加线路损耗，
造成大量的经济损失。如何快速判定故障原因、提高电容
器组故障检出率，是保证电力系统安全运行、提高经济效
益的重要举措。
1 变电站电容器组故障检出率低情况介绍
乌兰察布电业局共管辖35kV 及以上变电站共56 座，
其中有电容器137 组。对所辖变电站2011 年及2012 年
度发生故障电容器检出率情况进行了调查分析，结果如表
1 所示。
表1 变电站电容器组故障检出率调查统计表
电容器组故障检出率仅为58.3%，有41.7% 故障设
备利用常规试验方法无法检测出故障原因，严重影响了
电容器设备可用率，无法保证供电质量，造成线损增加。
2 变电站电容器组故障检出率低原因分析
2.1 电容器测试仪稳定性差
现场常用的电容器测试仪技术参数为： 环境温
度：0 ～ 40 ℃； 相对湿度：20% ～ 90%； 试验电压：
22V±10% 50Hz 600VA； 电容测量范围及精度：
0.1 ～ 3500μF，±（1% 读数+5 个字）；现场对此电容
器测试仪的稳定性进行了测试验证，如表2 所示。
表2 电容器测试仪跟踪测试结果
测试地点：新城湾220kV 变电站；设备双重名称：
385 电容器；被试单节电容器编号：169021
环境温度0℃以下，并且隔壁间隔设备带电的情况，
对测试仪的测试结果影响很大，测试结果无规律可寻，稳
定性差；0℃以上，并且隔壁设备不带电的情况下，测试
结果很精确，并且稳定。所以此电容器测试仪受环境温度、
电磁干扰影响很大，稳定性差，对设备故障正确判定有
较大影响。
2.2 放电线圈试验方法不先进
放电线圈故障检出率为0。如表3 所示，对放电线圈
故障原因及传统试验检测方法进行了统计分析。
显然，故障原因用传统试验方法，是无法检测出来的，
只有打破常规，利用新的试验方法，才能快速、准确的
确认放电线圈故障原因。
故障点
故障后常规
试验结果
重新投运情况
是否检测出
故障原因
桥西变912 电容器数据合格投运一段时间后跳闸否
凉城变921 电容器电容值超标检修后，投运成功是
城东变360 电容器电容值超标检修后，投运成功是
新城湾变358 电容器数据合格投运一段时间后跳闸否
新城湾变365 电容器数据合格投运一段时间后跳闸否
城东变360 电容器电抗器击穿检修后，投运成功是
新城湾变385 电容器电容值超标检修后，投运成功是
平地泉变918 放电线圈数据合格投运一段时间后跳闸否
新城湾384 放电线圈数据合格投运一段时间后跳闸否
德胜变355 电容器电容值超标检修后，投运成功是
新城湾变358 电容器电容值超标检修后，投运成功是
乌兰变620 电容器套管套管发热检修后，投运成功是
结论故障检出率：58.3%
日期
环境温度
（℃）
隔壁间隔
带电情况
铭牌电容值
（μF）
测试值
（μF）
误差%
2013.1.5 -16 不带电45.33 44.09 -2.70
2013.1.31 -19 带电45.33 45.95 1.37
2013.2.18 -13 带电45.33 46.21 1.94
2013.3.1 -9 带电45.33 43.25 -4.59
2013.3.17 3 带电45.33 46.41 2.38
2013.3.28 6 带电45.33 45.27 -0.13
2013.4.15 8 不带电45.33 45.41 0.18
2013.5.10 10 不带电45.33 45.37 0.08
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2017.12.008
·22· | 研究成果 | Research Findings 2017 年 12 月
表3 放电线圈故障原因统计
3 改进故障判断方法
通过对上述原因进行分析，制定了相应的改进方法。
3.1 采用电容- 电压转换法测量电容值
处于内蒙古地区，海拔较高，昼夜温差大，仪器往往
出现测量不精确、结果不稳定的现象，所以根据现场实
际情况，制定了测量仪器技术指标。
（1）根据现场实际情场，对测量仪器技术指标做了
特殊要求：环境温度：-10 ～ 50℃相对湿度：≤80%；试
验电压：26V±10% 50Hz 600VA；显示器：LED 显示。
（2）现场比较复杂，干扰因素较多，选择一个抗干
扰能力强、测量精度高的电容值测量方法至关重要。在
众多测量方法中，由于电容- 电压转换法测量电容值具有
测量精度高、稳定性强、操作方便等优点，得到了广泛
的应用。通过与生产厂家协商与建议，定制了一台适合
我地区特点的电容值测量仪器样机，通过现场比对测试，
满足要求，如表4 所示。
测试地点：新城湾220kV 变电站；设备双重名称：
385 电容器。
被试单节电容器编号：169021
表4 改进后的测量仪器跟踪测试结果
不相等，引起二次侧电压差值增大[1]。
（2）放电线圈间的角差引起差动电压的偏大。放电
线圈二次侧电压的相角取决于一、二次线圈之间的耦合
系数。在放电线圈内部构造中，特别是有两个独立铁心的，
由于线圈位置的不同，线圈间的电磁耦合系数也各有不
同。即使二次侧的感应电压在数值上完全相同，但它们
的相角差却有可能不为零，二次侧电压角差引起二次侧
电压差而使开关跳闸[1]。
当出现电容器组故障而因压差跳闸时，对放电线圈进
行常规试验检测时，应增加以下2 个试验项目：空载电
流和伏安特性测量；一、二次间的角差。
利用改进后试验方法，对存在故障的放电线圈进行了
现场测试，测试结果如表5 所示，放电线圈故障检出率
达100%，满足要求。
电容值测量误差在±0.5% 之内，满足要求。
3.2 改进放电线圈常规试验项目
乌兰察布电业局的电容器组采用差压保护，其放电线
圈一次侧与电容器的二个串联段并联，二次侧的2 个线圈
交叉连接1 只差动保护的电压继电器。根据差动保护的
原理，如果运行中的电容器等设备出现故障，就会在放电
线圈二次侧感应出差值电压，引起差动保护继电器动作，
使开关跳闸，从母线上切除故障电容器组[1]。然而，如果
放电线圈自身出现故障问题，在二次侧也会出现有可能
过大的压差，而引起保护误动。所以改进放电线圈常规
试验项目，对判断电容器组故障原因至关重要。
（1）铁心在运行电压下饱和，引起线圈伏安特性的
非线性化。设备在35kV、10kV 电压下长期运行，有可
能会给铁心造成剩磁，使铁心饱和，引起线圈伏安特性
的非线性化，继而导致线圈一、二次侧感应电压的严重
表5 改进后的放电线圈试验情况统计表
4 效果对比
2014 年1 月，利用改进后的试验方法，逐步验证实
施效果，对以前未能检出故障的设备，利用新方法，重
新检测验证了一遍，其结果如表6 所示。
可以明显看出，经过对电容器组故障原因检测方法的
研究，找到了故障设备检出率低的根源所在。利用新的
判断方法，使检出率达到了100%，提高了设备可用率，
保证了电压合格率，提高了电能质量，为用户提供了优
质服务。
5 效益检查
5.1 经济效益
电容器组故障检出率的提高，增大了设备可用率，电
容器组设备能够及时投入运行，提高了功率因数，减少
了线路损耗。
假如某站电容器组投入运行前，其功率因数cosϕ
=0.85，其线损公式为：
2 3
2 3
1 2 2
3 10 ( ) 10 ( )
c cos 1
P I R kW P R kW
U ϕ
−
= × × − = × × （1）
电容器组投入运行后，其功率因数达到cosϕ =0.97，
其线损公式为： （下转第31 页）
设备名称故障原因传统试验检测方法
平地泉变918 电容器放电线圈角差超标
绕组绝缘电阻测试、绕
组直流电阻的测试、介
质损耗测试
新城湾384 电容器
放电线圈伏安特性非线
性化
绕组绝缘电阻测试、绕
组直流电阻的测试、介
质损耗测试
日期
环境温度
（℃）
隔壁间隔带
电情况
铭牌电容值
（μF）
测试值
（μF）
误差%
2013.11.16 -5 带电45.33 45.43 0.22
2013.11.17 -7 带电45.33 45.36 0.07
2013.11.18 -5 带电45.33 45.45 0.26
2013.11.19 -7 带电45.33 45.33 0
2013.11.20 -7 带电45.33 45.30 -0.07
项目平地泉变918 新城湾变384 新城湾变385
绝缘电阻正常正常正常
一次直流电阻正常正常正常
二次直流电阻正常正常正常
电压比正常正常正常
空载电流正常正常正常
伏安特性正常
C 相在头部明显非
线性化
正常
一、二次角差B 相超标正常A 相有明显角差
备注
更换B 相投运后
成功
更换C 相投运后
成功
更换A 相投运后
成功
2017 年 12 月 Research Findings | 研究成果 | ·31·
参考文献：
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作者简介：刘热强（1970-），男，教授级高工、国家注册市政公
用、公路一级建造师，研究方向：市政、路桥施工技术管理。
New Technology During the Construction of Large Diameter Hammer Out Fishing
Abstract：Large diameter punch filling pile construction process, often appear drop hammer, salvage for pile length and pile
machine drop hammer, the geological reasons such as salvage construction is very difficult, seriously affect the construction
period, increase the construction cost. Combining with engineering examples, this paper introduces a new construction
technology in the drop hammer salvage, hopes to similar engineering provides a new train of thought of solving condition.
Keywords：Large diameter; Punching pile; Drop hammer; Salvage and construction; The new technology
Liu Reqiang,Wang Peng
(Guangdong province construction machinery construction co., LTD.,Guangdong Guangzhou 510500)
（上接第 22 页） 表 6 利用新方法电容器故障检出率调查统计表
2 3
2 3
2 2 2
3 10 ( ) 10 ( )
c cos 2
P I R kW P R kW
U ϕ
−
= × × − = × × （2）
则投入电容器组后，减少线损为：
2 3
3 1 2 2
2 3 2 3
2 2
1 1
cos 1 cos 2
1 1 0.146
0.85 0.97
10 ( )
10 10 ( )
P P P P R kW
U
P R P R kW
U U
ϕ ϕ
−
− −
 
−  − 
 
 −  = ×  
 
= = × ×
= × × × ×
（3）
可见，线损与功率因数成反比，并且有功负荷P 越大，
减少线损P3 越大，创造经济效益越可观。
5.2 社会效益
功率因数的提高，能够改善供电质量，提高电网稳定
性和可靠性，为用户提供优质服务，树立良好的企业形象。
6 结束语
变电站电容器组故障检出率低，是长期困扰现场工作
人员的一大难题，通过对现场主要原因的分析，找到了
问题症结所在，为现场试验人员提供了参考，也为电力
企业节能增效、电网安全运行作出贡献。
参考文献：
[1] 周晋航. 电容器组差动保护用放电线圈的现场校验[J]. 浙江电
力,2000,19(1):53-55.
作者简介：李秀旗（1982-），男，硕士，工程师，研究方向：变
电检修电气试验研究。
故障点
故障后新方法
试验结果
重新投运情况
是否检测
出故障原因
德胜变355 电容器电容值超标检修后，投运成功是
凉城变921 电容器电容值超标检修后，投运成功是
城东变360 电容器电容值超标检修后，投运成功是
新城湾358 电容器电容值超标检修后，投运成功是
新城湾365 电容器电容值超标检修后，投运成功是
城东变360 电抗器电抗器击穿检修后，投运成功是
新城湾385 电容器电容值超标检修后，投运成功是
平地泉918 放电线圈B 相角差超标检修后，投运成功是
新城湾384 放电线圈
C 相伏安特性
非线性化
检修后，投入成功是
德胜变355 电容器电容值超标检修后，投运成功是
新城湾358 电容器电容值超标检修后，投运成功是
乌兰变620 电容器套管套管发热检修后，投运成功是
结论故障检出率：100%

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