放電線圈接至10 kV母線側(cè)時對電容器過電壓保護(hù)影響分析

占杉杉，肖遠(yuǎn)逸，占鑫煒

（1.國網(wǎng)江西省電力有限公司九江供電分公司，江西 九江 332200；2.國網(wǎng)弋陽縣供電公司，江西 弋陽 334414）

0 引言

電能已經(jīng)成為現(xiàn)在社會中必不可少的清潔能源，隨著經(jīng)濟(jì)、社會的不斷的發(fā)展，對電能的質(zhì)量和傳輸?shù)木嚯x的要求也越來越高[1]。在電力系統(tǒng)中，為降低電能在遠(yuǎn)距離輸送中的損耗，需要進(jìn)行大量的容性無功功率就地補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡。而電力電容器是電力系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償裝置中最基本的元件，不僅能補(bǔ)償無功功率，還在改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量、降低電網(wǎng)線損、提高電網(wǎng)供電能力等方面起到了重要作用，因此對于電容器保護(hù)就顯得格外重要。目前，對于電容器的保護(hù)方法主要有：開口三角零序電壓保護(hù)、電壓差動保護(hù)、橋式差電流保護(hù)、中性線不平衡電流保護(hù)或中性點(diǎn)不平衡電壓保護(hù)[2-4]。而由于開口三角零序電壓保護(hù)接線簡單、元器件少、靈敏度較高[5]，因此，在10 kV不接地系統(tǒng)中，開口三角零序電壓保護(hù)的并聯(lián)電容器保護(hù)應(yīng)用的最為廣泛。

1 電容器不平衡電壓保護(hù)原理

開口三角形零序電壓保護(hù)是反映電容器組內(nèi)部故障的不平衡保護(hù)[6]，而在運(yùn)行過程中，放電線圈實(shí)際上相當(dāng)于電壓互感器，起到監(jiān)測電容器電壓的作用。其二次繞組常接成開口三角，接線示意圖如圖1所示。

圖1 電容器不平衡電壓保護(hù)原理圖

從圖1可知，在正常運(yùn)行且三相電源電壓平衡對稱時，不考慮相間電容值的偏差開口三角電壓的大小為0。電壓向量圖如圖2所示。

圖2 正常運(yùn)行時電壓向量圖

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，以C相出現(xiàn)接地故障為例，C相對地電壓降為0，兩相電壓升高為線電壓，雖然三相母線相電壓發(fā)生較大變化，但三相線電壓之間沒有變化，仍然對稱，同時電容器組三相容量相等，所以電容器組三相電壓亦對稱，相量圖如圖3所示。

圖3 單相接地時電壓向量圖

2 放電線圈接至10kV電容器進(jìn)線電纜處時不平衡電壓保護(hù)原理

放電線圈接至10 kV電容器進(jìn)線電纜處時的接線原理圖如圖4所示。

圖4 放電線圈接母線時的接線原理圖

從圖4可知，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時，與上文類似，電源三相電壓平衡對稱，開口三角形電壓的大小為0；電源的三相電壓與開口三角形電壓的向量圖所示；而在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，以C相出現(xiàn)單相接地故障為例，電源電壓與開口三角形電壓向量圖如圖5所示。

圖5 放電線圈接至母線側(cè)出現(xiàn)單相接地時電壓向量圖

由圖5分析可知：中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中，當(dāng)C相出現(xiàn)單相接地故障時，故障相C相電壓為0，非故障相A相電壓、B相電壓兩相電壓大小增加為原來的倍，相位為60 °，而開口三角形出現(xiàn)不平衡電壓，不平衡電壓大小為故障前相電壓大小的3倍即。由此可得出，放電線圈監(jiān)測的是母線電壓而不是電容器本體的電壓，在正常運(yùn)行時，由于電源電壓三相平衡，無論放電線圈監(jiān)測的是母線電壓還是電容器本體的電壓，開口三角形的不平衡電壓都為0；而在系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時，在放電線圈接至母線這種情況下，會使開口三角形出現(xiàn)不平衡電壓，由于電容器的零序電壓保護(hù)的動作電壓是取的放電線圈的二次電壓，這就導(dǎo)致電容器的保護(hù)誤動，造成電網(wǎng)損失。

3 現(xiàn)場情況分析

現(xiàn)場設(shè)備接線如圖6所示。

圖6 設(shè)備現(xiàn)場接線

從現(xiàn)場接線圖來看，本來接至并聯(lián)電容器組的放電線圈接到了電容器間隔的進(jìn)線電纜側(cè)，也就是接至10 kV母線側(cè)，且放電線圈中性點(diǎn)接地。當(dāng)線路出現(xiàn)單相接地時，故障報文如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場故障報文圖

從圖7分析可知，在2021年11月20日下午14：31分10 kV線路側(cè)出現(xiàn)了單相接地故障，而此時開口三角形電壓出現(xiàn)了106.374 V的不平衡電壓。現(xiàn)場放電線圈采取的電壓比為（10 000/3）/（100/3），由上文分析可知，在理想狀態(tài)下出現(xiàn)單相接地故障時，開口三角形的不平衡電壓為3U0，即100 V，由于現(xiàn)場存在測量誤差、三相放電線圈本體的不平衡誤差、計算誤差等眾多因素，可認(rèn)為現(xiàn)場出現(xiàn)的不平衡電壓與文中分析的一致。

4 結(jié)語

十八項(xiàng)反措中的10.2.1.7中明確規(guī)定了放電線圈的首、末端必須接在電容器本體的首、末端。而在工作現(xiàn)場由于安裝錯誤，將放電線圈接至了10 kV母線側(cè)。本文通過對電容器保護(hù)原理進(jìn)行分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際發(fā)生的情況進(jìn)行論證，可知在系統(tǒng)沒有出現(xiàn)故障時，電容器保護(hù)裝置能正確的不動作，而在系統(tǒng)出現(xiàn)線路單相接地故障時，會產(chǎn)生不平衡電壓導(dǎo)致電容器保護(hù)裝置誤動作，這會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。