一起電容器斷線故障后的保護動作情況分析

潘曉明，湯峻，陳俊，戴寧迎

(蘇州供電公司，江蘇蘇州215004)

10kV電容器組采用單星形接線的情況較多，一般采用電容器不平衡電壓保護。在某些情況下，電容器不平衡電壓保護將無法對電容器異常情況作出正確判斷。

1 故障情況

2010年11月16日蘇州市區(qū)某110kV變電站內(nèi)第一組電容器運行中突然出現(xiàn)C相電流消失。二次檢修人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，后臺機C相電流遙測為0，保護裝置上C相電流為0，開關(guān)柜上三相電流表中C相電流指示亦為0，但保護裝置運行正常，無電容器不平衡電壓保護未動作的告警信息。根據(jù)現(xiàn)場情況判斷為C相一次回路上存在問題。將電容器停電檢查，發(fā)現(xiàn)在C相電容器組與電抗器之間出現(xiàn)導線斷裂情況。由于C相一次回路斷開，造成C相電流消失。一般說來，由于C相電壓消失，電容器不平衡保護應(yīng)該會動作跳開電容器組的斷路器。

2 情況分析

該電容器組為單星型接線方式（如圖1所示），電容器容量為4800kvar，單節(jié)容量為200kvar，每相8只并接，設(shè)不平衡電壓保護（整定：ΔU=5V，t=0.2s），不平衡電壓取單相電容器兩端放電PT開口三角組成的零序電壓ΔU。正常情況下：

如果按常規(guī)考慮,當C相出現(xiàn)一次斷線后，UC為0，則此時開口三角輸出電壓ΔU應(yīng)該為：

電容器不平衡保護應(yīng)該可靠動作。可是實際電容器保護未動作。

針對上述情況，對電容器保護不平衡電壓二次回路進行檢查及試驗。（1）對電容器保護裝置進行試驗檢查，零漂及采樣均滿足要求，保護動作情況正確，定值滿足要求，整組傳動正確，因此保護裝置不存在問題。（2）對電容器組至10kV開關(guān)柜的二次回路進行檢查核對，接線均正確，PT二次接地符合要求，因此電容器至10kV開關(guān)柜二次回路不存在問題。（3）對電容器組放電PT之間的二次接線進行檢查，二次接線均正確，無錯、漏接線。

排除裝置及回路問題后，重新對系統(tǒng)發(fā)生故障時的情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)當電容器C相出現(xiàn)斷開后（如圖2所示），分布在電容器A，B兩相上的電壓并未像初期認為的正常相電壓而是發(fā)生了變化。根據(jù)電路原理[1]，分析電容器C相一次連接斷開后的等效電路（如圖3所示）。

圖1 電容器單相接線

圖2 電容器C相一次連接斷開后的系統(tǒng)示意圖

圖3 電容器C相一次連接斷開后的等效電路

（1）正常情況下，放電PT上A，B，C三相電壓為系統(tǒng)額定相電壓在電容器及電抗器上的分壓，由于三相對稱僅有少量的不平衡電壓產(chǎn)生，可認為開口三角輸出電壓ΔU為：

（2）C相一次發(fā)生斷線后分配在A，B兩相上的一次電壓為：

通過放電PT反應(yīng)到二次的電壓為：

式中：K為PT變比。開口三角輸出電壓ΔU為：

故電容器不平衡電壓保護不動作。同時可知，A，B兩相電壓在C相接線斷開之前與之后其相電壓幅值與電容器中性點都發(fā)生了變化，其中相電壓近似為原來的，中性點N點變化至N'點，如圖4所示。

圖4 電容器C相斷線后電容器中性點發(fā)生偏移

（3）為了進一步確認分析正確性，通過監(jiān)控系統(tǒng)錄波對故障前后的測量電流量進行了比較，故障前A，B，C三相電流大小為240 A左右（如圖5所示），故障后C相電流降為0，A，B兩相電流變?yōu)?10 A左右（如圖6所示），由于各相容抗接近相等，而且故障前后容抗不會發(fā)生變化，因此可認為加在A，B兩相上的電壓發(fā)生了變化，變?yōu)樵瓉淼?10/240=0.875倍，與分析中A，B相電壓為0.866的相電壓幾乎相等?？紤]容抗不可能完全相同的情況，因此當C相發(fā)生斷開后，A，B兩相電壓變?yōu)榻咏瓉淼?.866倍，電容器中性點偏移至AB相電壓連線中點處。

圖5 電容器故障前電流情況

圖6 電容器C相斷線故障后電流情況

3 結(jié)束語

善于運用電工原理來分析現(xiàn)場發(fā)生的異常情況,往往能起到事半功倍的效果。另外單星形接線的電容器組在電力系統(tǒng)中使用很多，但大部分電容器保護不設(shè)電流斷線判據(jù)。因此建議在電容器保護中增加CT斷線判據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)類似異常情況，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

[1] 國家電網(wǎng)公司.繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.