電容器的保護(hù)配置與運(yùn)行維護(hù)

馬遠(yuǎn)逵 于長穎 袁征 秦志剛

【摘要】文章簡要闡述和分析了電力電容器的作用、故障類型、保護(hù)的配置及整定計(jì)算，并指出了運(yùn)行中，電容器組倒閘操作和故障處理時注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】電容器 保護(hù) 運(yùn)行 維護(hù)

電力電容器具有降低線路和輸電設(shè)備的損耗、提高功率因數(shù)、改善受電端電壓質(zhì)量，以及提高輸送功率的作用，又因其投資較小、安裝簡單、維護(hù)方便、能提供大量無功容量的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，按《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》及《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：變電站內(nèi)應(yīng)按變壓器容量的10%-30%安裝并聯(lián)電容器。電力電容器在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生損壞，既有電容器本身質(zhì)量、保護(hù)配置、整定計(jì)算的原因，也有運(yùn)行維護(hù)不力、處置不當(dāng)導(dǎo)致事故擴(kuò)大的因素，通過對電力電容器故障類型及保護(hù)配置的分析，對電力電容器的保護(hù)與運(yùn)行維護(hù)的注意事項(xiàng)，進(jìn)行概要的整理和闡述。

1電容器保護(hù)配置與整定計(jì)算

1.1電容器的接線與電抗器

在電力系統(tǒng)中，電容器的接線方式主要有兩種：單星形接線和雙星形接線；電容器組每相由C1、C2上下兩段構(gòu)成，每相都串接一個電抗器，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行時，不可避免會出現(xiàn)諧波，電容器的阻抗很小、電抗器的阻抗則很大，所以，聯(lián)電抗器能有效削弱諧波、降低電容器燒毀的機(jī)率；同時，電容器在投入時會產(chǎn)生較大的涌流，會引起二次繼電保護(hù)裝置誤動作，串聯(lián)電抗器可以抑制涌流，也可以起到保護(hù)電容器、防止保護(hù)誤動作的作用；在電容器組兩串聯(lián)段上，各并聯(lián)一電壓互感器線圈（同時也做放電線圈用）用于電壓采樣，而電流采樣則取自進(jìn)線側(cè)電流互感器二次側(cè)。

1.2電容器的熔斷器保護(hù)

熔斷器保護(hù)是電容器內(nèi)部故障的主保護(hù)。

電容器投入運(yùn)行后，電容器內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)處的元件，有可能因過熱或游離而發(fā)生局部擊穿，形成內(nèi)部故障。在運(yùn)行中，電容器個別元件的擊穿，會引起與之串聯(lián)的元件電壓升高，并引起新的元件擊穿，從而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，最后導(dǎo)致整臺電容器貫穿性短路，故障過程中，絕緣分解、氣體增多，箱內(nèi)壓力增大，來不及釋放，便會出現(xiàn)“鼓肚”或“漏液”現(xiàn)象，如故障時間較長，壓力無法釋放，就可能導(dǎo)致箱體爆裂、起火，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，而熔斷器能切斷并隔離故障元件，保證其他完好元件的繼續(xù)正常運(yùn)行，其熔絲熔斷時間在一個周波即20MS內(nèi)即可切斷短路電流，防止故障擴(kuò)大化，同時降低電容器內(nèi)部釋放的能量，防止殼體爆裂。

熔斷器保護(hù)要求：（1）熔斷器的額定電流I應(yīng)大于被保護(hù)電容器的長期允許工作電流；（2）熔斷器的安秒特性應(yīng)和電容器外殼的爆裂曲線相協(xié)調(diào)；（3）在電容器的充電涌流作用下，熔斷器不應(yīng)熔斷。

熔斷器的額定電流估算公式為：

I=KI （式1）

K—一般取1.5 I—電容器組額定電流

1.3電容器的電流保護(hù)

出于保護(hù)目的的不同電流保護(hù)主要有限時速斷和過電流保護(hù)。

1.3.1限時速斷保護(hù)

限時速斷保護(hù)是電容器組引出線、套管相間短路等外部故障時的主保護(hù)。

并聯(lián)電容器在正常運(yùn)行情況下，有耐受涌流的能力，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，電容器組需要迅速脫離系統(tǒng)，所以，電容器組應(yīng)設(shè)置值限時電流速斷保護(hù)。

其整定計(jì)算公式為：

I=KI （式2）

K—一般取3～5 I—電容器組額定電流

為躲過電容器充電涌流，一般帶0.1～0.2S的延時，以便躲過合閘涌流4MS的過渡過程。

1.3.2過流保護(hù)

過流保護(hù)既是高次諧波、過流等外部故障時的保護(hù)，也可作為引線、套管短路故障的后備保護(hù)。

電力電容器技術(shù)條件要求：電容器能在有效值1.3倍額定電流的穩(wěn)態(tài)過電流情況下運(yùn)行，對于電容值有最大偏差的電容器，過電流允許達(dá)到1.43倍額定電流[1]，所以為保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行并保護(hù)電容器不受損傷，其過流值整定為：

I=（1.5～2）I （式3）

并經(jīng)0.5S左右的延時保護(hù)出口作用于開關(guān)跳閘。

1.4電容器的電壓保護(hù)

出于不同故障類型的考慮，電壓保護(hù)可分為過電壓、欠電壓保護(hù)、零壓保護(hù)。

1.4.1過電壓保護(hù)

過壓保護(hù)的配置是為防止配電系統(tǒng)運(yùn)行中，電壓過高危及電容器組的安全，所配置的一種保護(hù)。

由于雷電入侵或斷路器投退、系統(tǒng)諧振，電容器所在母線電壓升高，使電容器承受外部過電壓或者由于電容器組中個別電容器因制造瑕疵等原因?qū)е鹿收匣蛉蹟嗥魅蹟?，容抗發(fā)生變化，電容器之間電壓分配也隨之發(fā)生變化所引起電容器端電壓升高的內(nèi)部過電壓。電容器在過高電壓下運(yùn)行時，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，局部過流，并可能發(fā)展到絕緣擊穿。因此，從安全運(yùn)行的角度考慮，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。

保護(hù)整定值應(yīng)為不大于1.1倍電容器額定電壓，動作時間應(yīng)在1MIN以內(nèi)，過電壓保護(hù)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇跳閘或發(fā)信號，過電壓繼電器宜采用高返回系數(shù)的繼電器。

1.4.2欠電壓保護(hù)

電容器欠壓保護(hù)主要是避免電容器失壓后，系統(tǒng)或重合閘恢復(fù)送電時，對電容器組可能造成的危害。

不同于過電壓，電壓降低對于電容器組并無危害，其裝設(shè)欠壓保護(hù)主要考慮避免。（1）電容器失壓后，系統(tǒng)或重合閘恢復(fù)送電時，由于電容器組在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時、斷路器跳閘后、又自動重合的這段時間內(nèi)電容器很難完全放電，如電容器組無欠壓保護(hù)而未能切除電容器的話，這將是一次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)變電站恢復(fù)送電時，而電容器仍接于母線上，這時變壓器將處于空載狀態(tài)，由于變壓器直接帶純電容性負(fù)荷，而空載變壓器和電容器同時投入，因電容器組無欠壓保護(hù)而未切除的話，將出現(xiàn)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，因此需裝設(shè)欠電壓保護(hù)。

當(dāng)電容器母線電壓低于整定值時，經(jīng)延時后切除電容器。保護(hù)判據(jù)為：

U或U或U≤U （式4）

保護(hù)定值既要能保證在母線失壓時能可靠動作，又要防止系統(tǒng)瞬間電壓波動時誤動作，一般動作值為0.3～0.6倍電網(wǎng)額定電壓，并帶時限跳閘，保護(hù)的動作時間應(yīng)與本側(cè)出線后備保護(hù)時間配合，當(dāng)備用電源自動投切裝置動作時，在自投裝置合上電源前應(yīng)先跳閘，電源線失電重合時，在重合閘前應(yīng)先跳閘切除電容器。

1.4.3零壓保護(hù)

電容器發(fā)生故障后，將引起電容器組三相電容不平衡，根據(jù)這個原理可構(gòu)成不平衡電源保護(hù)，利用電容器內(nèi)部元件損壞而產(chǎn)生的不平衡電壓來啟動繼電器，目前國內(nèi)對單星形接線的電容器組廣泛采用開口三角電壓保護(hù)。

將放電線圈的一次側(cè)與電容器并聯(lián)，二次側(cè)接成開口三角形，在開口處連接一只低整定值的電壓繼電器。在正常運(yùn)行時，三相電壓平衡，開口處電壓為零，當(dāng)電容器出現(xiàn)故障時，即出現(xiàn)零序電壓U，保護(hù)裝置采樣到此電壓后，即動作跳閘。不平衡電源保護(hù)無需專用電壓互感器，靈敏度高，但易受系統(tǒng)電壓不平衡影響。

整定不平衡電壓時，應(yīng)實(shí)測開口三角正常運(yùn)行時的不平衡電壓，一般整定為4～6V，延時0.1～0.2S。

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)配置有過電壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、零壓保護(hù)、差壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等，在此，只對一些在實(shí)踐中常用的保護(hù)及其整定計(jì)算做一整理和說明，實(shí)際使用時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，合理選配整定。

2電容器的運(yùn)行與維護(hù)

電容器的運(yùn)行維護(hù)包括日常巡視、倒閘操作、故障處理等，不僅關(guān)系到電容器組的安全也關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、可靠性。

2.1電容器的運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

（1）電容器組在接通投入前，應(yīng)用搖表（兆歐表）檢查絕緣及放電網(wǎng)絡(luò)：

（2）當(dāng)母線電壓超過1.1倍額定電壓時，嚴(yán)禁將電容器組接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)；

（3）在電容器組自電網(wǎng)斷開后1分鐘內(nèi)不得重新接入。

2.2電容器組倒閘操作時的注意事項(xiàng)

（1）在變電站因事故停電的情況下，應(yīng)將電容器的斷路器斷開；

（2）電容器組的斷路器跳閘后，不準(zhǔn)強(qiáng)行送電，應(yīng)檢查保護(hù)的動作情況及相關(guān)回路，并判別事故性質(zhì)；

（3）電容器組保護(hù)熔絲熔斷后，應(yīng)做好記錄，原因未查明之前，不得更換保險(xiǎn)；

（4）全所正常停電操作時，應(yīng)先斷開電容器的斷路器，再按規(guī)定程序拉開各線開關(guān)，恢復(fù)送電時，與之相反，以防止電容器向母線充電。

2.3電容器事故處理原則

（1）當(dāng)電容器噴油甚至爆炸時，應(yīng)立即斷開電源，使之與系統(tǒng)隔離，用砂子或二氧化碳干粉滅火器滅火；

（2）電容器組的斷路器跳閘，而熔斷器未熔斷時，值班人員應(yīng)對電容器放電后，在檢查相關(guān)電力設(shè)備情況，若沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，方可試投；

（3）電容器的熔絲熔斷時應(yīng)向調(diào)度員匯報(bào)，取得指令后，方可斷開斷路器、切斷電源，放電后，先進(jìn)行外部檢查，包括外殼是否變形、漏液、并搖測對地電阻，如無異常，更換熔絲后試投，如送電后熔絲仍熔斷則應(yīng)退出故障電容器。

綜上所述，電容器故障類型復(fù)雜，對運(yùn)行工況要求嚴(yán)格，保護(hù)也較為復(fù)雜，在其進(jìn)行保護(hù)配置和整定計(jì)算時，應(yīng)考慮全面，并符合現(xiàn)場的實(shí)際情況。微機(jī)電容器保護(hù)裝置集測量、保護(hù)、監(jiān)控于一體、體積小、運(yùn)行維護(hù)方便，如在實(shí)踐中大力推廣，再加之日常運(yùn)行維護(hù)的高質(zhì)量和有效性，將使電容器的作用得到有效發(fā)揮，還可增加電容器組的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50227-2008.并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2008.