淺議高壓配電網(wǎng)中電容器的保護(hù)配置

引言：電力電容器作為主要的無(wú)功補(bǔ)償裝置，起著提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量等作用。隨著高壓配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償需求的加大，電容器數(shù)量不斷增加，單臺(tái)容量也越來(lái)越大。由于電容器在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，與其它電氣設(shè)備相比略顯“嬌嫩”。因此，合理的配置電容器保護(hù)就顯得越發(fā)重要。根據(jù)檢修工作中遇到的電容器故障情況，結(jié)合對(duì)故障發(fā)生原因的分析，就以目前在高壓配網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的單星型接線高壓并聯(lián)電容器組為例，對(duì)常見的電容器保護(hù)進(jìn)行比較和探討。

1 相間過電流保護(hù)

主要保護(hù)電容器組與斷路器之間的引線、絕緣子、套管間的相間短路故障，同時(shí)也可以作為電容器內(nèi)部故障的后備保護(hù)。

其動(dòng)作電流Iset可按如下整定：

過電流保護(hù)經(jīng)0.3~0.5秒延時(shí)動(dòng)作于跳閘，以躲過電容器組投入時(shí)的涌流。一般不再裝設(shè)電流速斷保護(hù)，因?yàn)樗贁啾Ｗo(hù)要考慮躲過電容器組的合閘沖擊電流及對(duì)外放電電流，且保護(hù)范圍和效果不能充分利用。

2 過電壓保護(hù)

電容器在過高的電壓下運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部游離增大，可能發(fā)生局部放電使介質(zhì)損耗增大引起過熱，并可能發(fā)展到絕緣被擊穿。因此應(yīng)保持電容器組在不超過最高容許電壓下運(yùn)行，設(shè)置過電壓保護(hù)就是這個(gè)目的。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電容器允許的工頻過電壓最大持續(xù)時(shí)間為：在1.1倍額定電壓下可長(zhǎng)期運(yùn)行，在1.15倍額定電壓下，每24小時(shí)可運(yùn)行30分鐘，在1.2倍額定電壓時(shí)為5分鐘，在1.3倍額定電壓下為2分鐘，因此我們一般取額定電壓的1.15倍為過電壓的整定值，經(jīng)2~5秒延時(shí)后以動(dòng)作于跳閘，延時(shí)跳閘的目的是避免瞬時(shí)電壓波動(dòng)引起誤動(dòng)。

由于過電壓元件電壓取自母線電壓互感器，為避免母線單相接地時(shí)過電壓原件誤動(dòng)，電壓采用線電壓。

3 低電壓保護(hù)

從電容器本身特點(diǎn)看，運(yùn)行中的電容器如果突然失去電壓，對(duì)電容器本身并無(wú)損害，但可能產(chǎn)生以下后果：①當(dāng)變電站電源側(cè)斷開、事故跳閘或電壓急劇下降時(shí)，如果電容器還接于母線上，則電源重合閘或備用電源自投后，母線電壓很快恢復(fù)，在電容的殘壓還未降到0.1倍額定電壓的情況下，就有可能使電容器承受高于1.1倍的額定電壓而損壞。②當(dāng)變電站斷電恢復(fù)時(shí)，若變壓器帶電容器合閘，可能產(chǎn)生諧振過電壓，使電容器損壞。③變電站斷電恢復(fù)的初期，若變壓器還未帶上負(fù)荷或負(fù)荷較少，母線電壓較高，也可能引起電容器過電壓。因此，安裝低電壓保護(hù)，當(dāng)母線電壓降到額定值60%左右時(shí)即動(dòng)作，將電容器切除。

低電壓保護(hù)所用電壓接于母線電壓互感器二次側(cè)，圖1示出了電容器組低電壓保護(hù)邏輯框圖。由圖可見，只有當(dāng)三相電壓同時(shí)降到低電壓動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)才可動(dòng)作。同時(shí)為了防止所接TV二次空氣開關(guān)誤跳造成TV二次失壓引起電容器低電壓保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作條件增加經(jīng)電流閉鎖，當(dāng)電壓消失后，參照電流閉鎖定值判斷電容器組是否有電流，有電流則認(rèn)為TV二次開關(guān)誤跳，低電壓保護(hù)被閉鎖，斷路器不會(huì)跳閘。如果無(wú)電流，則低電壓保護(hù)動(dòng)作，跳開斷路器。同時(shí)只有斷路器合上時(shí)，保護(hù)動(dòng)作才有意義，所以現(xiàn)在很多微機(jī)型保護(hù)中增加了斷路器跳閘位置閉鎖低電壓保護(hù)的功能。

低電壓的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)小于上級(jí)電源進(jìn)線重合閘時(shí)間或備自投動(dòng)作時(shí)限。

4 過負(fù)荷保護(hù)

電容器組過負(fù)荷是由于系統(tǒng)過電壓及高次諧波所引起。按規(guī)定電容器應(yīng)能在1.3倍額定電流下長(zhǎng)期運(yùn)行。

鑒于電容器組裝設(shè)有反映穩(wěn)態(tài)電壓升高的過電壓保護(hù)，且大容量電容器組一般裝設(shè)有抑制高次諧波的串聯(lián)電抗器，在這種情況下，可不裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)，僅當(dāng)系統(tǒng)高次諧波含量較高或?qū)崪y(cè)電容器回路電流超過允許值時(shí)，才裝設(shè)過負(fù)荷保護(hù)延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。一般情況下，過負(fù)荷與過電流保護(hù)結(jié)合在一起。

5 零序電壓保護(hù)

零序電壓保護(hù)也稱不平衡電壓保護(hù)。因?yàn)楦唠妷弘娙萜髅肯喽疾⒙?lián)著一臺(tái)放電線圈(相當(dāng)于一臺(tái)電壓互感器)，將三臺(tái)放電線圈二次繞組接成開口三角形，正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡，開口處電壓幾乎為零，當(dāng)電容器發(fā)生故障后，引起電容器組的三相不平衡，開口處出現(xiàn)零序電壓，保護(hù)采集到這一電壓超過定值時(shí)即動(dòng)作跳閘。一般廠家推薦的不平衡電壓定值Ubph=4V，動(dòng)作時(shí)限取0.2秒。

6 熔斷器保護(hù)

根據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)程》(SDJ25-85)的規(guī)定，電容器還應(yīng)設(shè)置專用單臺(tái)熔斷器保護(hù)，作為電容器內(nèi)部故障的主保護(hù)。

與其它保護(hù)相比，熔斷器具有反時(shí)限特性，只要能保證熔斷器的時(shí)間—電流特性曲線符合要求，就能確保在電容器內(nèi)部故障發(fā)展前迅速熔斷，從而隔離故障電容器，使健全電容器繼續(xù)運(yùn)行。

表1 高壓并聯(lián)電容器單臺(tái)保護(hù)用熔斷器時(shí)間-電流特性

熔斷器熔絲的額定電流應(yīng)不低于被保護(hù)的并聯(lián)電容器額定電流的1.43倍，一般推薦在1.43~1.55倍的范圍內(nèi)選取。

但是由于熔絲的電流—時(shí)間特性分散性大，長(zhǎng)期使用后性能發(fā)生改變，使其作為電容器內(nèi)部故障主保護(hù)的可靠性大打折扣，給運(yùn)行帶來(lái)很大麻煩，因此運(yùn)行中一般把不平衡保護(hù)和熔絲保護(hù)共同作為主保護(hù)使用。不過關(guān)于兩者間保護(hù)配合及定值問題，規(guī)程上并未詳細(xì)指出，查閱資料國(guó)內(nèi)目前也沒有統(tǒng)一的解決方案，這也是我們以后需要進(jìn)一步研究討論的地方。

7結(jié)語(yǔ)

關(guān)于電力電容器的保護(hù)配置，國(guó)內(nèi)還是存在一些不同觀點(diǎn)的，特別是反映電容器內(nèi)部故障的保護(hù)，有些人主張以專用單臺(tái)熔斷器作為內(nèi)部故障的主保護(hù)，繼電保護(hù)(主要指不平衡保護(hù))作為后備;還有人認(rèn)為目前國(guó)產(chǎn)熔斷器性能還不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)，主張取消熔斷器，將繼電保護(hù)作為主保護(hù)。但就目前主流的觀點(diǎn)來(lái)看，還是傾向于兩者共同作為主保護(hù)使用，以各取所長(zhǎng)。經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明，這種配置方案還是能比較靈敏的反映電容器內(nèi)部故障，可靠性更高，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，只要解決好兩者間保護(hù)配合問題，是可以滿足目前電容器保護(hù)的各項(xiàng)要求的。

參考文獻(xiàn)：

【1】 水利電力部西南電力設(shè)計(jì)院 《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》 SDJ25-85(試行)

【2】 中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部 《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50227-95

【3】 中華人民共和國(guó)能源部 《高壓并聯(lián)電容器單臺(tái)保護(hù)用熔斷器訂貨技術(shù)條件》 DL 442-91

【4】 周存和 《并聯(lián)電容器及其成套裝置》 中國(guó)電力出版社 2008.06

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