高壓并聯(lián)電容器裝置的保護(hù)整定問題探析

郭彩麗

摘要：作為整個電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備，電容器是否能夠保持順利的運行，直接關(guān)系著整個電網(wǎng)所處的運行狀況。從目前來看，系統(tǒng)保護(hù)整定通常涉及到電壓保護(hù)以及電流保護(hù)，二者共同構(gòu)成了電容器裝置的重要保護(hù)措施。針對不同類型的電容器裝置而言，應(yīng)當(dāng)選擇與之相適應(yīng)的保護(hù)整定措施。

關(guān)鍵詞：高壓并聯(lián)電容器裝置；保護(hù)整定問題；具體措施

在無功補償?shù)母鞣N裝置中，高壓并聯(lián)的電容器構(gòu)成了其中的重要構(gòu)件，處于運行狀態(tài)的高壓系統(tǒng)如果出現(xiàn)了電容器的損壞，則很可能干擾到后期的運行。由此可見，對于保護(hù)整定的相關(guān)問題進(jìn)行全面探究，此項措施有助于探明裝置故障的根源所在，然后運用適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫獬收稀?/p>

一、并聯(lián)電容器的主要結(jié)構(gòu)分析

從基本結(jié)構(gòu)來講，并聯(lián)電容器由箱殼、芯子、絕緣套管等組成。其中芯子由多個電容器小元件通過先并后串組裝而成。如果電容器內(nèi)部并聯(lián)原件足夠多時，電容器內(nèi)部每個小元件都可以加一條內(nèi)熔絲，內(nèi)熔絲和元件之間串聯(lián)連接，內(nèi)熔絲安裝于電容器元件之間或者安裝在元件的側(cè)面。在電容器的內(nèi)部，某些元件如果突然被擊穿，完好的電容器元件對故障元件放電，與之相串聯(lián)的熔絲將會熔斷。

運用彎折焊接的方式來焊接不銹鋼板，進(jìn)而完成整個箱殼的制作，箱殼本身應(yīng)當(dāng)具備優(yōu)良的耐爆性。在必要的時候，可以把出線套管焊接在箱蓋的上方，然后把接線頭連接在套管的位置上。此外，還需要做好瓷套、箱蓋與接線頭之間的密封連接，運用壓接式的連接方式應(yīng)當(dāng)能夠避免緩慢滲漏，有效保護(hù)了套管的部位。

二、高壓并聯(lián)電容器的一次主接線

在各種類型的接線方式中，針對高壓并聯(lián)形式的電容器通?？梢赃x擇雙星形或者單星形的兩類接線模式。一般來講，對于接線方式如果要進(jìn)行選擇，則有必要參考電容器本身的耐爆性能、電壓等級以及補償容量，因地制宜選擇合適的主接線方式[3]。此外，還要關(guān)注雙星形或者單星形的兩類典型接線形式。從現(xiàn)狀來看，接線方式包含了較多種類，與之有關(guān)的保護(hù)方式也可以分成很多類型。常見的有開口三角電壓保護(hù)、電壓差動保護(hù)、橋式差電流保護(hù)等。一般容量較小的單星接線裝置都可采用開口三角電壓保護(hù)，電壓差動保護(hù)通常適用于電容器外部串聯(lián)數(shù)為兩串以上的偶數(shù)串的單星接線的裝置。雙星形的接線方式電容器裝置選擇中性點不平衡電流保護(hù)的措施。

例如：某高壓并聯(lián)裝置設(shè)有串聯(lián)形式的電抗器與電容器組，系統(tǒng)母線側(cè)連接于隔離開關(guān)、斷路器以及互感器。在兩側(cè)電容器的位置上，隔離開關(guān)設(shè)計為接地的方式，對于避雷器應(yīng)當(dāng)將其安裝在進(jìn)線側(cè)。單相連接法通常適用于電容器組，在上側(cè)橋臂與下側(cè)橋臂的位置上可以設(shè)置電流互感器，據(jù)此測出各個時間段流經(jīng)裝置的橋式電流差值[4]。在必要的時候，還可以借助放電線圈來測查電壓放電與斷路器閉合之間的關(guān)系，以此來減少過電壓并且保障人員安全。

三、并聯(lián)電容器采用串聯(lián)電抗器

通常來講，電容器組與電抗器都應(yīng)當(dāng)串接在一起。具體在運行時，可以視情況來選擇諧波抑制的措施，避免諧波出現(xiàn)突然放大的狀態(tài)；同時，上述措施也有助于與電容器受到的影響。電容器一旦投入了正常運行，那么充電狀態(tài)中的電容器將會引發(fā)相對較高的涌流。然而如果運用電抗器串聯(lián)的方式，那么對于潛在的系統(tǒng)涌流就能進(jìn)行抑制。因此可見，串聯(lián)電抗器運用于并聯(lián)電容器的關(guān)鍵就在于慎防誤動作的出現(xiàn)，針對整個電容器都能提供全方位的保障。

在高壓并聯(lián)的整個系統(tǒng)中，通常都需要配合設(shè)置電容器與電抗器，二者呈現(xiàn)串聯(lián)的形式。具體在設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)把電抗率與額定電壓視作最關(guān)鍵的電抗器參數(shù)。在這其中，額定感抗以及額定容抗二者的比值就相當(dāng)于串聯(lián)電抗器本身的電抗率。如果要選擇合適的型號，那么還需參照特定的技術(shù)條件加以確定。

四、高壓并聯(lián)電容器的保護(hù)以及整定

（一）高壓并聯(lián)電容器的保護(hù)分析

1.內(nèi)熔絲保護(hù)

內(nèi)熔絲應(yīng)當(dāng)布置在電容器元件的內(nèi)部，一旦察覺到某些故障，則要運用內(nèi)熔絲作為關(guān)鍵的保護(hù)設(shè)施。之所以要安裝內(nèi)熔絲，目的在于精確隔離或者切斷突然出現(xiàn)故障的電容器元件，以便于保護(hù)其他完好的電容器元件，在一定的范圍內(nèi)維持正常的元件運轉(zhuǎn)。安裝內(nèi)熔絲的流程并不復(fù)雜，內(nèi)熔絲本身也具有優(yōu)良的可選性與較短的熔斷時間，因此有助于在最大限度內(nèi)避免擴大化的電容器故障。生產(chǎn)廠家可以視情況安裝內(nèi)熔絲作為所需的保護(hù)設(shè)施，一旦出現(xiàn)了故障，則可以啟用故障隔離。然而實質(zhì)上，內(nèi)熔絲并不能用來實現(xiàn)開關(guān)跳閘。因此如果要實現(xiàn)跳閘，那么還需配合其他類型的外部保護(hù)。

2.電流保護(hù)

從基本類型角度來講，針對電流保護(hù)應(yīng)當(dāng)將其分成速斷保護(hù)以及過電流保護(hù)的兩種類型。電流保護(hù)應(yīng)當(dāng)符合敏銳度的基本要求，對此可以選擇三相式的系統(tǒng)接線方式。

具體來講，速斷保護(hù)應(yīng)當(dāng)適用于外部性的某些故障，典型為套管的相間短路或者電容器組發(fā)生的引線故障。作為系統(tǒng)中的主保護(hù)，電容器端如果突然發(fā)生了某種引線故障，那么對此應(yīng)當(dāng)測出精確的電流定值，以便于確定靈敏系數(shù)。

與之相比，過電流保護(hù)通常涉及到特定的電容器條件。系統(tǒng)在運行時，穩(wěn)態(tài)過電流以及額定電流至少應(yīng)當(dāng)保持在1.3倍的有效值，而不能低于上述的數(shù)值限度。針對電容器應(yīng)當(dāng)予以全方位的有效保護(hù)，對此需要將其控制在1.5倍至兩倍之間的額定電流，并且將其視作保護(hù)定值。此外，各個保護(hù)動作至少相隔1秒左右。通過運用上述的措施，就能完成全過程的電流保護(hù)。如果將其折算成20℃，那么就能表述基準(zhǔn)值，上述過程涉及到如下的換算公式：C20=CX*[（-4*10-4）*1-（x-20）]。保護(hù)整定運用的靈敏系數(shù)至少應(yīng)當(dāng)為2，或者達(dá)到3倍至5倍的額定電流。在過渡狀態(tài)下，充電涌流很可能將會影響到電容器，因此最好將其控制于0.1秒至0.2秒之間的整定動作時限。

3.電壓保護(hù)

電壓保護(hù)具體可以分成欠壓保護(hù)以及過電壓保護(hù)。在這其中，過電壓保護(hù)的宗旨在于保證整個裝置所處的安全狀態(tài)，避免運行中的電容器組出現(xiàn)過高的電壓。這是由于，電容器在很多狀況下都可能表現(xiàn)為過電壓，上述情況包含了諧波諧振以及輕負(fù)荷運行等。如果在電網(wǎng)中接入了電容器裝置，那么將會引發(fā)強度較高的諧波諧振，進(jìn)而造成了過電壓。除此以外，某些電容器如果表現(xiàn)為內(nèi)部性的裝置故障，則也可能改變電容器組本身的容抗。因此可見，過電壓將會直接引發(fā)迅速升高的端電壓。

除了過電壓保護(hù)以外，欠電壓保護(hù)本身也構(gòu)成了保護(hù)整定的關(guān)鍵部分。在特殊情況下，突然斷電后的系統(tǒng)又會迅速恢復(fù)正常的送電，然而并沒有同步切斷其中的電容器。受到上述狀況的影響，帶電容器以及變壓器將會出現(xiàn)合閘，進(jìn)而造成了過電壓諧振的產(chǎn)生。如果遇到上述的故障，則可能損壞電容器以及系統(tǒng)變壓器。電容器組在失去電壓時，如果母線與電容器組仍然連接在一起，那么殘留在電容器中的電壓將會損壞電容器本身。一旦恢復(fù)了電源供電，那么處在合閘狀態(tài)的電容器將會發(fā)生燒毀。從現(xiàn)狀來看，可以把額定電壓的0.2倍至0.5倍設(shè)計為整定值。

4.橋差不平衡電流保護(hù)

如果裝置內(nèi)部的電容器元件突然產(chǎn)生了故障，那么與之相連的內(nèi)熔絲將會突然出現(xiàn)熔斷。在此過程中，針對故障元件有必要迅速進(jìn)行隔離。然而與此同時，系統(tǒng)也將出現(xiàn)不平衡的橋臂電流差。除了故障元件之外，其他元件受到分壓差異的影響，也將承受相對較高的過電壓。此外，故障元件本身的容量很可能改變，進(jìn)而增大了不平衡電流。

依照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，針對額定電壓至少應(yīng)當(dāng)將其控制在1.3倍以內(nèi)的過電壓倍數(shù)。如果設(shè)計了橋式差流保護(hù)，那么整定值至少相當(dāng)于1.25倍左右的過電壓數(shù)值，以此來保護(hù)那些沒有陷入故障的系統(tǒng)元件。如果標(biāo)準(zhǔn)值低于不平衡電流值，則會啟用保護(hù)裝置；經(jīng)過較短的延時之后，系統(tǒng)將會跳閘。

（二）高壓并聯(lián)電容器的整定分析

1.單臺電容量

電容器裝置即便處在正常運行中，那么電容量也可能出現(xiàn)異常的細(xì)微變化。一旦察覺到上述狀況，則可以判定電容器已經(jīng)受到了熔絲帶來的影響，進(jìn)而引發(fā)了設(shè)備故障。在上述狀況下，雖然整個裝置仍舊保持常態(tài)運行，然而其中的較多設(shè)備都將會遭受影響。由此可見，針對單臺電容量有必要密切關(guān)注各個時間段的電容量，對此應(yīng)當(dāng)限制于5%-3%的波動范圍內(nèi)。

系統(tǒng)如果設(shè)有專用性的保護(hù)方式，那么單臺設(shè)備就應(yīng)當(dāng)包含警告值以及基準(zhǔn)值的兩類保護(hù)整定值。具體來講，通過實測得出的基準(zhǔn)值可以進(jìn)行特定的折算處理，將其換算成20℃的數(shù)值，在這其中通常都會涉及到電容量與溫度之間的反比關(guān)系。而針對警告值而言，運算的基礎(chǔ)在于接線方式與熔絲形式，在此前提下就能獲得精確度較高的整定值。從目前的現(xiàn)狀來看，技術(shù)人員有必要密切結(jié)合系統(tǒng)所處的真實狀況來劃分各個層次的警告等級。如果故障本身較為嚴(yán)重，那么針對斷路器就要予以斷開處理。

2.放電線圈

在高壓并聯(lián)形式的電容器中，電容器以及放電線圈二者構(gòu)成了并聯(lián)關(guān)系，其中也涉及到絕緣框。技術(shù)人員把放電線圈安裝于系統(tǒng)的特定位置上，針對某些快速放電的系統(tǒng)設(shè)備能夠予以實時性的控制。然而在運行時，多數(shù)電容器裝置并沒有保護(hù)放電線圈，上述狀況集中體現(xiàn)于橋差保護(hù)，例如常見的層間短路以及匝間短路。針對整個系統(tǒng)如果沒有予以實時性的檢測，那么放電線圈就可能突然出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象。近些年以來，各地變電站頻繁出現(xiàn)了線圈炸裂等故障，對此不應(yīng)當(dāng)予以忽視。

在特殊狀況下，二次繞組還會存在于放電線圈的內(nèi)部，對此可以運用于檢測系統(tǒng)電壓。這是由于，放電線圈或者電容器如果突然陷于故障，與之相應(yīng)的二次繞組也將突顯變化。針對上述狀況如果能夠予以精確檢測，就能精確判定各個時間段的設(shè)備運行實效性。如果選擇了專用方式來保護(hù)放電線圈，那么也要將其分成警告值以及基準(zhǔn)值的關(guān)鍵部分。通常情況下，應(yīng)當(dāng)限制于1.5%左右的警告值。如果系統(tǒng)本身超過了2%的二次繞組電壓，那么應(yīng)當(dāng)予以告警。系統(tǒng)需要保留各個時間段的信息以及數(shù)據(jù)，進(jìn)而提供了后期測量的參照。

3.三相不平衡

除了上述情況之外，單臺電容器本身也可以用來實現(xiàn)專用保護(hù)。具體來講，可以先檢測電容量，據(jù)此判斷電容器所處的運行狀況。在上述的判定過程中，三相不平衡是否達(dá)到了特定程度，可以視作輔助性的判斷要素。每隔特定的時間段，針對三相不平衡涉及到的各項信息就要予以上傳，在這其中涉及到很多關(guān)鍵性的參考量，進(jìn)而精確判斷實時性的設(shè)備運行效益。遇到特殊情況時，如果察覺到了異常，則有必要開展全方位的精確檢測，運用全面檢測的措施來避免事故。技術(shù)人員有必要存儲數(shù)據(jù)，在此前提下查找故障的根源。

五、結(jié)語

經(jīng)過上述分析可知，針對高壓并聯(lián)類型的電容器來講，保護(hù)整定應(yīng)當(dāng)構(gòu)成其中的核心與關(guān)鍵。對于電容器系統(tǒng)有必要設(shè)計適當(dāng)?shù)恼ㄖ?，?jù)此實現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)配置。因此可以得知，上述措施有助于減少各個時間段的運行成本，同時也提升了運行實效。截至目前，與高壓并聯(lián)電容器有關(guān)的保護(hù)整定仍然欠缺完善性，對此亟待加以改進(jìn)。

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