高壓并聯(lián)電容器裝置的保護(hù)整定問題分析

徐岳軍　陳沖

摘要：對于高壓電網(wǎng)來說，并聯(lián)電容器是當(dāng)前運(yùn)用的主要設(shè)備，而電容器的保護(hù)問題一直以來都是領(lǐng)域內(nèi)部關(guān)注的重點(diǎn)，保護(hù)整定值的確定也是主要問題。文章以高壓并聯(lián)電容器為研究基點(diǎn)，分析了當(dāng)前主要的繼電保護(hù)方式，提出了一種新型的專用保護(hù)，并分析了其保護(hù)整定值。

關(guān)鍵詞：高壓電網(wǎng)；并聯(lián)電容器裝置；保護(hù)整定；繼電保護(hù)方式；專用保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TM53 文章編號：1009-2374（2016）16-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.035

對于當(dāng)前高壓電網(wǎng)來說，主要運(yùn)用的無功補(bǔ)償裝置便是并聯(lián)電容器，無論國內(nèi)還是國外，九成以上電力系統(tǒng)都運(yùn)用的是這種裝置。隨著市場需求的不斷增加，相關(guān)設(shè)備的需求量也在日益增大，對電容器的科學(xué)保護(hù)與整定計(jì)算也顯得愈發(fā)重要。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段很多電網(wǎng)存在安全性不高、靈敏度較差的實(shí)際保護(hù)問題，相應(yīng)的電容器事故也時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起火災(zāi)或爆裂，不僅造成電網(wǎng)無法正常運(yùn)行，還會(huì)危及社會(huì)安全。因此找到一種專用的保護(hù)方式，是確保高壓并聯(lián)電容器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 繼電保護(hù)方式

在我國當(dāng)前頒布的相關(guān)文件中，繼電保護(hù)是需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)部分，屬于安全Ⅰ區(qū)，需要通過專用通道來實(shí)現(xiàn)對其的有效控制。現(xiàn)階段，我國主要運(yùn)用的保護(hù)方式主要有四種：第一，開口三角電壓保護(hù)；第二，橋式差電流保護(hù)；第三，相電壓差動(dòng)保護(hù)；第四，中點(diǎn)性電流保護(hù)。一旦電容器在運(yùn)行過程中發(fā)生故障，上述常規(guī)保護(hù)雖然能夠起到一定的保護(hù)作用，但如果已經(jīng)超出了既定的保護(hù)閾值，上述保護(hù)便無法實(shí)現(xiàn)對故障的及時(shí)預(yù)警，也無法確定產(chǎn)生故障的位置，從而給故障處理帶來困難。另外，上述常規(guī)保護(hù)所使用的電壓檢測信號，是以放電線圈為基礎(chǔ)，通過二次側(cè)電纜來連接相應(yīng)保護(hù)裝置的，在這個(gè)過程中，放電線圈所面臨的電壓較高，而且容量大、串段多，很容易在運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致放電線圈損壞。

2 新型專用保護(hù)

針對高壓并聯(lián)電容器的實(shí)際情況，其放電線圈需要面對比較惡劣的工作環(huán)境，因此相關(guān)研究人員嘗試將無線傳輸技術(shù)應(yīng)用到放電線圈中，研制出了一種新型放電線圈，能夠充分滿足當(dāng)前市場的實(shí)際需求。也就是說，在實(shí)際運(yùn)行過程中，通過無線傳輸所傳輸?shù)男畔ⅲ荒芙尤氲舰駞^(qū)中。

2.1 相關(guān)原理

該保護(hù)方案在數(shù)據(jù)傳輸過程中，主要由以下三部分完成：

2.1.1 傳感器。這一部分主要包括電流傳感器與放電線圈，在一臺(tái)電容器中，需要裝置一部電流傳感器，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備中電流的監(jiān)測，與此同時(shí)，還要將其與放電線圈并聯(lián)起來，以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備中電壓的監(jiān)測。在運(yùn)行過程中，傳感器需要通過無線傳輸方式，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶喜卧?，整個(gè)傳輸不僅不用外接電源，而且不需要布線，大大簡化了安裝過程，也解決了二次懸浮電位這一傳統(tǒng)保護(hù)中的實(shí)際問題。

2.1.2 合并單元。這一部分主要是運(yùn)用有線方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)模撗b置可以通過電容器產(chǎn)生的一些變化對電容器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，從而做到及時(shí)預(yù)警，一旦遇到異常情況，也能夠及時(shí)采取開關(guān)動(dòng)作。

2.1.3 保護(hù)裝置。這一部分是整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，這一部分所產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)際上是不納入到繼電保護(hù)系統(tǒng)中的，而是以專用保護(hù)為基礎(chǔ)來完成相關(guān)保護(hù)動(dòng)作的。這樣一來，不僅可以通過無線方式對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，而且與國家頒布的相關(guān)規(guī)范相符。

2.2 結(jié)構(gòu)功能

對于整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)來說，專用保護(hù)裝置是最核心的一個(gè)部分，在運(yùn)行過程中，其主要用于對合并單元所發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，同時(shí)完成對數(shù)據(jù)的判斷與處理，與此同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與生成報(bào)表等一系列功能。具體的模塊功能包括：

2.2.1 數(shù)據(jù)接口，用于數(shù)據(jù)的接收，并向另外兩個(gè)部分發(fā)出指令。

2.2.2 管理軟件，用于向合并單元傳輸信息，在運(yùn)行過程中，還需要將發(fā)生變化的信息傳送到合并單元中。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理，處理電壓差、電容差以及不平

衡度。

2.2.4 保護(hù)預(yù)警，以設(shè)定閾值為基礎(chǔ)，對事故進(jìn)行有針對性的處理。

2.2.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與顯示，將所得到的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到系統(tǒng)中，而顯示界面能夠?qū)⒃O(shè)備運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的信息顯示出來。

2.2.6 報(bào)表打印，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)表的生成與打印。

2.2.7 網(wǎng)絡(luò)接口，通過對IP地址的設(shè)定，能夠以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，下載與查詢其他網(wǎng)絡(luò)中的信息。

3 保護(hù)整定值

3.1 單臺(tái)電容量

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)電容量存在一些微小的非正常變化，就說明設(shè)備中的熔絲對電容器產(chǎn)生了影響，設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)一些事故。這時(shí)候，設(shè)備雖然可以運(yùn)行，但對于設(shè)備未來的影響很大，因此需要充分明確設(shè)備運(yùn)行過程中的電容量變化。在我國相關(guān)文件中明確規(guī)定了電容偏差需要在-3%～+5%之間。

對于專用保護(hù)方式來說，單臺(tái)設(shè)備的保護(hù)整定值包括基準(zhǔn)值與警告值兩部分，對于前者來說，設(shè)備上所標(biāo)注的實(shí)測值，一般情況下，其可以折算到+20℃，其所表示的便是基準(zhǔn)值。與其他溫度的換算公式如下：

式中：X所表示的是溫度，其與電容量之間呈現(xiàn)出反比例關(guān)系。

對于后者來說，可以以熔絲形式與接線方式為基礎(chǔ)，再計(jì)算相應(yīng)的保護(hù)整定值。當(dāng)前，警告的等級可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行劃分，依托于故障程度來判斷是否要斷開斷路器。

3.2 放電線圈

針對高壓并聯(lián)電容器，在絕大多數(shù)情況下，放電線圈都與電容器呈現(xiàn)出并聯(lián)關(guān)系，并裝置在絕緣框上。設(shè)備運(yùn)用放電線圈的主要目的便是要控制設(shè)備快速放電問題，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，放電線圈本身卻沒有必要的保護(hù)措施，尤其是在橋差保護(hù)中，常常因此出現(xiàn)運(yùn)行問題，最典型的便是匝間短路與層間短路。也正因?yàn)榍啡北匾臋z測手段，放電線圈爆炸事故也屢見不鮮。近年來，很多變電站都曾經(jīng)發(fā)生過放電線圈爆炸事故，因此必須予以重視。

如果放電線圈存在二次繞組，那么其也能夠作為電壓檢測裝置，其原因在于，在設(shè)備運(yùn)行過程中，一旦電容器出現(xiàn)故障或者放電線圈出現(xiàn)故障，二次繞組也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓變化，相關(guān)人員對這一變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，便能夠及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。

對于專用保護(hù)方式來說，放電線圈的保護(hù)整定值也包括基準(zhǔn)值與警告值兩部分，對于前者來說，主要參考母線上所顯示出來的PT電壓，從而實(shí)現(xiàn)對放電線圈的有效檢測；對于后者來說，可以用變比變化對警告值進(jìn)行控制，一般情況下取±1%～±1.5%，一旦放電線圈中二次繞組的電壓變化大于±2%，便會(huì)發(fā)出警告。在這個(gè)過程中，警告閾值可以進(jìn)行事先設(shè)定與更改，但系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，從而為以后的工作打下

基礎(chǔ)。

3.3 三相不平衡

專用保護(hù)方式還可以以單臺(tái)電容器為基礎(chǔ)，通過對其電容量的檢測，判定其運(yùn)行狀態(tài)，而三相不平衡程度，則是這個(gè)判斷過程的一個(gè)主要輔助量。在日常運(yùn)行中，每一天都需要向系統(tǒng)中上傳一次三相不平衡數(shù)據(jù)，并將其視為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)主要參考量，一旦這一數(shù)據(jù)的變化存在異常，即使不存在其他異常情況，也需要對設(shè)備及時(shí)檢查，以免引起更大的運(yùn)行事故。另外，這項(xiàng)數(shù)據(jù)還需要實(shí)時(shí)儲(chǔ)存，以便于以后查找事故原因。

4 結(jié)語

綜上所述，對于高壓并聯(lián)電容器來說，其保護(hù)問題一直以來都是領(lǐng)域內(nèi)部關(guān)注的重點(diǎn)問題，而傳統(tǒng)保護(hù)方式無法完善地對設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，因此需要運(yùn)用專用保護(hù)方式。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對單臺(tái)電容器的有效檢測，與此同時(shí)，還能夠檢測放電線圈，通過兩者的運(yùn)行狀態(tài)，判定設(shè)備是否存在故障，并控制開關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對電容器的保護(hù)。這種方式的額定電壓相對較低，因此與其他方式相比，這種方式所花費(fèi)的成本較少，可靠性較高。另外，專用保護(hù)系統(tǒng)并沒有納入到整體性的繼電保護(hù)系統(tǒng)中，所以具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，不會(huì)受到安全區(qū)的影響，因此專用保護(hù)系統(tǒng)對設(shè)備的保護(hù)效果更好。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉水平，蘇開云，楊文榮，等.向家壩-上?！?00kV特高壓直流工程用并聯(lián)電容器及裝置的研制[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010，（1）.

[2] 田慶，原敏宏，王志平，等.交流特高壓試驗(yàn)示范工程電容器保護(hù)配置、整定及應(yīng)用原則探討[J].高壓電器，2010，（3）.

[3] 張霖.10kV并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)動(dòng)作分析及探討[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2010，（2）.

[4] 盛國釗，姜?jiǎng)賹?，倪學(xué)鋒，等.不對稱接線內(nèi)熔絲高壓并聯(lián)電容器組的不平衡保護(hù)計(jì)算[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2013，（6）.

[5] 肖遙，夏谷林，張楠，等.H和∏接線高壓濾波電容器組不平衡電流保護(hù)的定值計(jì)算及比較[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，（S1）.

[6] 秦華忠，黃雪勇，易春回，等.10kV小容量無熔絲并聯(lián)電容器組保護(hù)整定分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2015，（3）.

[7] 田秋松，張健毅，毛建坤，等.特高壓110kV并聯(lián)電容器組投切問題的解決辦法和新型投切開關(guān)的應(yīng)用[J].河南電力，2013，（2）.