并聯(lián)電容器組的使用淺談

李朝順，王 勇

(沈陽電力勘測設(shè)計院，遼寧 沈陽 110003)

1 并聯(lián)電容器組的作用

并聯(lián)電容器是一種無功補償設(shè)備。通常(集中補償式)接在變電站的低壓母線上，其主要作用是補償系統(tǒng)的無功功率，提高功率因數(shù)，從而降低電能損耗、提高電壓質(zhì)量和設(shè)備利用率。

通過簡單的計算，可以得出表1。

表1 安裝并聯(lián)電容器組的效益匯總

2 并聯(lián)電容器組安全運行的條件

為了保證并聯(lián)電容器組可靠安全的運行，必須采取有效的措施，使電容器組的三相電容經(jīng)常保持平衡，條件是：

⑴ 不發(fā)生過電壓，主要是操作過電壓，這是電容器和附屬設(shè)備損壞的主要原因。

⑵ 不受電力系統(tǒng)高次諧波、三相電壓不平衡和一相接地的影響。

⑶ 必須保證電容器(元件)故障后，剩余健全電容器(元件)的過電壓不超過額定電壓的1.1倍。

3 并聯(lián)電容器組的保護與接線方式

并聯(lián)電容器的接線方式有：采用開口三角電壓保護的單星形接線、相電壓差保護和相電流橫差保護的非對稱接線，中性點電流差保護的雙星形接線。

3.1 開口三角電壓保護的接線方式

開口三角電壓保護的接線方式見圖1。

圖1 開口三角電壓保護接線圖

這種接線法是所有并聯(lián)電容器組接線保護法中，最簡單、可靠的。放電線圈作為殘余電容電荷快速放掉外，還作繼電保護。加入一塊電壓繼電器，便構(gòu)成完整的一套裝置。如果開口三角電壓偏低，加入一只升壓小變壓器，達到電壓繼電器啟動的要求。

3.2 相電壓差保護接線方式

相電壓差保護接線方式圖2。

圖2 相電壓差保護接線圖

這種接線法，同開口三角電壓法一樣，簡單可靠。采用非對稱接線的目的，主要是提高部分電容器保護的靈敏度。

3.3 雙星形中性點電流差接線方式

雙星形中性點電流差接線方式見圖3。

圖3 雙星型中性點電流差保護接線圖

這種接線法適用于電容器組的容量較大和臺數(shù)較多。目的就是降低一臺電容器損壞時的故障電流。為了提高這種接線的繼電保護靈敏度，可以采用電流互感器的電流比是5/5A，還可以采用兩星形的非對稱的接線法。令左邊星的并聯(lián)臺數(shù)比右邊多一臺。按左邊星計算繼電保護啟動值，并整定。當(dāng)右邊星電容器故障時，就可以得到繼電保護的靈敏度高于左邊星，加速繼電保護動作。

4 一臺電容器的元件接線方式和一相電容器的接線方式

4.1 一臺電容器的元件接線法

這里規(guī)定一臺電容器的接線法，目的就是一個元件短路故障時，限制一臺電容器的故障電流不超過它的額定電流的兩倍。

4.1.1 內(nèi)熔絲電容器的元件接線法

1974年德國Held首先提出內(nèi)熔絲電容器的內(nèi)熔絲的試驗條件后。1984年瑞典ASEA公司則做了具體的規(guī)定，見圖4。為了限制健全元件注入故障元件的電流。英國BICC和瑞典ASEA規(guī)定每段元件并聯(lián)數(shù)是9～10。

圖4 內(nèi)熔絲電容器元件接線圖

4.1.2 外熔絲電容器的元件接線法

為了限制外熔絲電容器的故障電流不超過它的額定電流2倍。ASEA的電容器元件接線法，是少并多串。國產(chǎn)11kV/ 3，100kVAR電容器元件接線是4并4串。而瑞典ASEA則是分成兩支路，每支路是3并4串。15kV電容器的元件接法見圖5。

圖5 外熔絲電容器元件接線圖

4.1.3 無熔絲電容器的元件接線法

無熔絲電容器的元件是串聯(lián)或兩個元件并聯(lián)之后再串聯(lián)，如1984年華東電管局供用電處編的《并聯(lián)電容器的補償裝置技術(shù)》介紹日本日新公司的單臺66kV/ 3、3334kVAR集合式電容器的一臺元件接線圖如圖6(a)。美國電力公司(AEP)新設(shè)計的138kV，57.6MVAR電容器組的一臺電容器元件接線圖如圖6(b)。

11kV/ 3及以下無熔絲電容器的元件接線。取6個元件串聯(lián)，一個元件短路時，健全元件過電壓是它的額定電壓1.2倍。即應(yīng)停止運行。

圖6 一臺電容器的元件接線圖

4.2 一相電容器的接線法

這里討論的是一相兩段以上電容器的接線法。內(nèi)、外熔絲電容器的接線法基本上是先并后串。但應(yīng)先計算一臺電容器故障時的故障電流是否超過它的額定電流兩倍。否則應(yīng)先串后并。

為了保證電容器剩余健全元件的過電壓不超過1.1倍和故障電流不超過2倍。無熔絲電容器的一相接線是先串后并，見圖7(a)和(b)。

圖7 一相電容器接線圖

5 附屬設(shè)備的技術(shù)條件

并聯(lián)電容器組的附屬設(shè)備有：連接導(dǎo)線、絕緣子、隔離開關(guān)，斷路器、串聯(lián)電抗器、放電裝置、電流互感器和熔斷器等。這些設(shè)備的額定電壓必須符合系統(tǒng)的額定電壓。它們的額定電流大于1.1×1.3=1.43倍電容器組的額定電流，需要著重說明的是斷路器、串聯(lián)電抗器、放電裝置、電流互感器和熔斷器五種設(shè)備。

5.1 斷路器

并聯(lián)電容器組對斷路器的要求很嚴格。一是三相同步，如果不同步后合閘的一相將發(fā)生起弧，產(chǎn)生過電壓。二是不發(fā)生操作過電壓，發(fā)生操作過電壓時，燒損斷路器的觸頭外，還損壞電容器。采用真空斷路器，則需加裝金屬氧化物避雷器(MOA)。11kV和35kV電容器組選用MOA的參數(shù)見表2。

表2 并聯(lián)電容器組選用MOA的參數(shù)

表中直流——毫安殘壓U1mA是投入運行時和維護期間必須測定的參數(shù)，好判定它的好壞。

MOA應(yīng)安裝在電容器組的末端，原因是產(chǎn)生高電壓行波到達電容器末端的反射，兩倍升高，易造成套管閃絡(luò)放電，燒斷導(dǎo)線。

5.2 鐵芯電抗器

為避免過電壓和過電流都會引起電抗器溫度過高和發(fā)生噪音，應(yīng)按照1.35倍電容器組電流設(shè)計電抗器的容量。為了限制合閘涌流，最好選用0.1%～1%參數(shù)的串聯(lián)電抗。

5.3 放電裝置

放電裝置是并聯(lián)電容器組停止運行后，將殘留在電容器的電荷電壓放掉，避免下一次投入運行時，發(fā)生兩倍以上的合閘過電壓，或停運期間，誤擊工作人員。放電的措施有二：一是電阻放電，在五分鐘內(nèi)，從運行電壓降到50V。二是放電線圈或電壓互感器，它除了放電作用外，還有作為系統(tǒng)三相電壓不平衡的開口三角電壓的繼電保護，或者一相電容器上，下兩層的電壓不對稱的繼電保護。如果放電線圈只作為放電作用，它的二次側(cè)接線宜加入適當(dāng)?shù)碾娮柝摵?，避免過電壓時，鐵芯飽和產(chǎn)生鐵磁諧振(Ferroresonance)，損壞放電線圈。

5.4 電流互感器

雙星型電容器組中性點電流差保護用的電流互感器。因一臺電容器故障時，通過它的電流較少，它的電流比值宜選5/5A可以提高繼電保護的靈敏度。

采用中性點電流差保護最大的缺點是，電容器組內(nèi)任何一臺電容器故障時，若擊穿點重燃，產(chǎn)生高頻諧波的過電壓，它的電流在兩星間循環(huán)，在電流互感器二次側(cè)線圈感應(yīng)更高的電壓，將擊穿電流互感器二次側(cè)的線圈、電纜和繼電器。使繼電保護失去作用，至而電容器組發(fā)生嚴重的故障及至火災(zāi)，這是國內(nèi)外雙星型電容器組發(fā)生故障時，出現(xiàn)的現(xiàn)象。防止電流互感器因高頻諧波擊穿的對策，最有效的措施是電流互感器一次回路串接容抗3.6%的電抗器，抑制高頻諧波的過電壓。

5.5 熔絲保護

熔絲保護分外熔絲和內(nèi)熔絲兩種。

⑴ 外熔絲保護是美國首先倡導(dǎo)，分熔絲管和熔體兩部分。美國西屋公司的熔絲管耐爆能量是50kJ。熔絲的額定電流是電容器額定電流的1.65倍～2倍。0.1s的熔斷電流為300s熔斷電流的6倍～7倍。一臺電容器全短路時的故障電流是電容器額定電流12倍。

⑵ 內(nèi)熔絲保護，首先是由德國W.Held等提出它的試驗要求條件后，瑞典ASEA(ABB)明確地指出，熔絲的熔斷電流是元件額定電流的15倍～20倍，熔斷時間只有兩三周波(a few cycles)，少于1s大于0.1ms(0.1ms

6 并聯(lián)電容器組繼電保護計算公式

內(nèi)、外熔絲和無熔絲并聯(lián)電容器組的繼電保護整套有關(guān)計算公式。對稱和非對稱接線保護的計算共用一個公式表示。

6.1 符號說明

表3 符號說明

6.2 開口三角電壓保護計算公式

表4 開口三角電壓保護計算公式

6.3 相電壓差保護計算公式

表5 相電壓差保護計算公式

6.4 雙星電流差保護計算公式

表6 雙星電流差保護計算公式

(續(xù))

以上三種繼電保護整定均未考慮系統(tǒng)三相電壓不平衡和電容誤差。宜在電容器組投入運行前測定為準，如有必要，可參考ANSI/IEEE標準C37.00-1980“并聯(lián)電容器組保護導(dǎo)則”給出的表7的計算公式[14]，進行計算。

表 電容器組固有不平衡的位移值表

7 結(jié)語

本文是從原理到應(yīng)用，探討并聯(lián)電容器組的選擇法，并聯(lián)電容器組的作用、效益、安全運行必具的條件和可靠的接線方式和保護方案。提出繼電保護整定的計算公式，以符合內(nèi)、外熔絲和無熔絲并聯(lián)電容器組的接線方式和保護方案。

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