高壓并聯(lián)電容器保護(hù)配置及整定原則探討

楊萍

（寧夏電力公司超高壓分公司，寧夏銀川750000）

1 引言

電力網(wǎng)中并聯(lián)電容器的應(yīng)用極為廣泛，以并聯(lián)電容器補(bǔ)償電網(wǎng)的無功功率是無功功率補(bǔ)償?shù)闹饕问健o功功率補(bǔ)償設(shè)備一般包括并聯(lián)電容器、串聯(lián)電容器、同步調(diào)相機(jī)、無功功率靜止補(bǔ)償器等。以并聯(lián)電容補(bǔ)償形式來提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，力求實(shí)現(xiàn)無功功率就地平衡，降低線損，提高電壓質(zhì)量，是世界各國電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的趨勢。因此，電容器對于整個電網(wǎng)的合理有效運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。必須仔細(xì)分析電容器的原理及一次接線，合理配置電容器保護(hù)，保證電容器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 電容器組故障類型及相應(yīng)的保護(hù)配置

電容器裝置的故障類型有兩大類：一是指不正常的運(yùn)行工況，可能對電容器的安全造成危害；另一種是指電容器裝置內(nèi)部（包括連接線）故障。電容器保護(hù)的設(shè)置和選擇相對線路來說要復(fù)雜些，它與電容器組的接線方式和故障類型密切相關(guān)，而且因各電網(wǎng)的并聯(lián)補(bǔ)償電容器接線方式不完全一致，保護(hù)配置也有差異。目前并聯(lián)電容器的接線方式和保護(hù)方式仍有多種。電容器的保護(hù)是根據(jù)電容器內(nèi)部及外部故障的特點(diǎn)而設(shè)置，主要的保護(hù)配置有：過電壓和欠電壓保護(hù)、限時電流保護(hù)、零壓保護(hù)、差壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、橋差接線保護(hù)。這些保護(hù)是電容器的基本保護(hù)配置類型，以下就各類基本保護(hù)類型的原理及用途以及相對應(yīng)的定值整定計算做一說明。

2.1 電容器組中性點(diǎn)不平衡保護(hù)

對于雙星形接線的電容器裝置通常采用中性點(diǎn)不平衡保護(hù)。中性點(diǎn)不平衡保護(hù)包括差流保護(hù)和差壓保護(hù)，保護(hù)原理接線如圖1所示。

圖1 電容器裝置中性點(diǎn)不平衡保護(hù)

正常運(yùn)行時，三相電容器容抗對稱，中性線之間流過的電流為零，兩中性點(diǎn)的電位相等，即△U為零。當(dāng)某一相電容器段因故障而發(fā)生擊穿時，中性線有不平衡電流流過，兩中性點(diǎn)的電位也出現(xiàn)了偏移，即△I和△U不為零。這兩種保護(hù)只需在兩組串聯(lián)的星形中性點(diǎn)接以電流互感器或電壓互感器即可，保護(hù)判據(jù)為：

電容器組的不平衡電壓（電流）保護(hù)整定值應(yīng)符合以下的要求：

（1）不平衡電壓保護(hù)計算公式

式中：△UC為不平衡電壓；UEX為電容器組額定相電壓；KV為完好單元允許過電壓倍數(shù)為1.1。

（2）不平衡電流保護(hù)計算公式

式中：M為相中并聯(lián)單元數(shù)；N為相中串聯(lián)單元數(shù)；IEX為電容器組額定相電流；K為因故障切除的同一并聯(lián)段中的電容器臺數(shù)。

2.2 電容器組的電壓保護(hù)

（1）過電壓保護(hù)

若電網(wǎng)電壓過高，會加速電容器的老化，使內(nèi)部游離增大，將產(chǎn)生局部放電。同時電容器的有功損耗隨之增大，發(fā)熱量上升，最后導(dǎo)致?lián)舸?，使電容器損壞。因此從電容器安全運(yùn)行的角度考慮，并聯(lián)電容器應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)：①保護(hù)其整定是以電容器的端電壓不長期超過1.1倍電容器額定電壓的原則整定。②動作時間應(yīng)在1min以內(nèi)。③過電壓保護(hù)可根據(jù)實(shí)際情況選擇跳閘或發(fā)信號。④過電壓繼電器宜有較高的返回系數(shù)。

（2）欠電壓保護(hù)

電容器組裝設(shè)低電壓保護(hù)主要是避免電容器組發(fā)生以下幾種危害：①電容器失電壓后，系統(tǒng)重合閘或恢復(fù)送電時對電容器組的損害。由于電容器組在系統(tǒng)出現(xiàn)事故，開關(guān)跳閘后又自動重合的這段時間內(nèi)電容器很難放完電。因此，若電容器組無低電壓保護(hù)而未切除的話，將是一次帶初始條件的合閘過程，這時可能產(chǎn)生很高的過電壓和沖擊涌流，極易造成電容器組的損壞，甚至引起爆裂。②系統(tǒng)發(fā)生事故后，一旦重合閘成功或當(dāng)變電所恢復(fù)送電，而電容器仍接于母線上時，這時變壓器將處于空載裝態(tài)。由于變壓器直接帶純電容負(fù)荷，而空載變壓器和電容器同時投入，如電容器組無低電壓保護(hù)而未切除的話，將出現(xiàn)空變壓器帶電容器組進(jìn)行沖擊合閘的操作過程。這種操作方式，變壓器中的勵磁涌流有高幅值的偶次諧波，有可能導(dǎo)致串接有電抗器的電容器組發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生諧振過電壓和過電流，可能損壞電容器，甚至變壓器。為此需裝設(shè)低電壓保護(hù)。

然而，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)事故時，系統(tǒng)對無功量的需求將更大，要維護(hù)系統(tǒng)電壓不崩潰，電容器組這時是不允許退出運(yùn)行的。因此，這就決定了電容器組開關(guān)的動作時間應(yīng)大于本側(cè)后備保護(hù)時間。而從前述可見，電容器組開關(guān)的動作時間又必須在重合閘完成時間之前，否則將起不到保護(hù)作用。通常最小重合閘時間：

式中tII為對側(cè)保護(hù)延時段動作時間；tD為斷電時間，對三相重合閘不小于0.3s；tK為斷路器合閘固有時間；△t為裕度時間。

而電容器低電壓保護(hù)動作時間（tc）。

式中t為要求配合的后備保護(hù)時間；△t為裕度時間，一般為 0.3-0.5s。

要使保護(hù)有效，就必須讓電容器低電壓保護(hù)動作時間滿足tC≤tDmin，按這條件整定動作時間就滿足電容器組的低電壓保護(hù)要求，就可避免重合閘對電容器組危害。電容器低壓保護(hù)整定原則：低電壓定值應(yīng)能在電容器所接母線失壓后可靠動作，而在母線電壓恢復(fù)正常后可靠返回，一般整定為0.3-0.6倍額定電壓。保護(hù)動作時間應(yīng)與本側(cè)出線后備保護(hù)時間配合。另外，為防止TV斷線造成低電壓保護(hù)誤動，低電壓保護(hù)需經(jīng)電流閉鎖。

（3）零序電壓保護(hù)

當(dāng)電容器組為單星形接線時，應(yīng)設(shè)置零序電壓保護(hù)。正常運(yùn)行時，三相容抗對稱，I0和U0幾乎為零，當(dāng)電容器組某相的部分電容器故障時，電容器組的電納將發(fā)生較大的變化，在開口三角形出口的零序電壓U0有較大數(shù)值，超過整定值時，將整套電容器從母線上切除。采用零序電壓保護(hù)判據(jù)，其動作靈敏度高，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，不受系統(tǒng)接地影響，是一種較為理想的保護(hù)方式。特別是零序電壓保護(hù)，有大量實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，用的最為普遍。零序電壓保護(hù)又稱開口三角電壓保護(hù)，它也可以利用電容器每相關(guān)聯(lián)的放電線圈或電壓互感器二次側(cè)接成開口三角形，如圖2所示。

圖2 利用放電線圈構(gòu)成的零序電壓保護(hù)接線

單星形接線電容器組開口三角保護(hù)定值計算：時間 T 為 0.1-0.2s。

式中：M為單臺密集型電容器內(nèi)部各串聯(lián)段并聯(lián)的電容器小元件數(shù)；N為單臺密集型電容器內(nèi)部的串聯(lián)段數(shù)；UEX為電容器組的額定相電壓；UCH為開口三角零序電壓；UBP為開口三角正常運(yùn)行不平衡電壓；KK為可靠系數(shù)，KK≥1.5；K 為因故障切除的同一并聯(lián)段中的電容器小元件數(shù)。

2.3 電容器組的電流保護(hù)

電容器的過電流保護(hù)用于保護(hù)電容器組，防止過負(fù)荷、內(nèi)部短路及與斷路器之間引起的相間短路。電流保護(hù)的整定原則如下：

（1）延時電流速斷保護(hù)

速斷保護(hù)電流定值按電容器端部引線故障時有足夠的靈敏系數(shù)整定，一般整定為3-5倍額定電流?？紤]電容器投入過度過程的影響，速斷保護(hù)動作時間一般整定為0.1-0.2s。在電容器端部引出線發(fā)生故障時靈敏系數(shù)不小于2。

（2）過電流保護(hù)

過電流保護(hù)電流定值應(yīng)可靠躲過電容器組額定電流，一般整定為1.5-2倍額定電流。過電流動作時間一般整定為0.3-1s。

3 結(jié)束語

電力網(wǎng)中并聯(lián)電容器的應(yīng)用極為廣泛，作為電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)闹饕O(shè)備，它的作用也舉足輕重。因此必須設(shè)置合理有效的保護(hù)裝置，才能保證電容器的安全可靠運(yùn)行。通過對高壓電容器的接線形式、保護(hù)原理、整定計算原則的深入詳細(xì)的分析和探討，明確了電容器保護(hù)的配置和定值計算的原則，保證了電容器安全可靠運(yùn)行。

［1］崔家佩等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動裝置整定計算［M］.中國電力出版社，1993.

［2］電力系統(tǒng)繼電保護(hù)規(guī)定匯編［M］.中國電力出版社，1997.

［3］電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.中國電力出版社，1997.

［4］大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計算與運(yùn)行技術(shù)［M］.中國電力出版社,2005.