變電站電容器組不平衡電壓值的探討

黃志華，唐明，沈竹，劉瑩

（湖州電力局，浙江湖州313000）

變電站電容器組不平衡電壓值的探討

黃志華，唐明，沈竹，劉瑩

（湖州電力局，浙江湖州313000）

針對一次電容器組差壓保護帶負荷試驗的異常情況，從電容器不平衡電壓保護的基本原理入手，通過對比分析整定計算工程應用公式和一次系統設備參數的對應關系，對可能造成電容器差壓保護誤動、誤整定的異常情況進行了詳細分析，結合工作實際提出了加強電容器組不平衡電壓保護運維管理工作的建議。

電容器；差壓保護；不平衡電壓

隨著電網技術的發展，對電能質量的要求也越來越高，因此作為調節電壓重要設備的電容器組的安全可靠運行就顯得日益重要。近年來，電容器組在日常運行中故障時有發生，98%都是電容器本體故障引起熔絲熔斷造成不平衡電壓保護動作。

然而，目前電容器組全部為成套柜密集型安裝模式，電容器組的接線復雜且不直觀，使用的放電壓變型號和變比不統一，因接線方式、變比判斷、參數使用的錯誤，極易導致保護整定值錯誤，嚴重影響電容器的安全穩定運行。因此，加強電容器組不平衡電壓保護管理就顯得尤為重要。

1 一次電容器差壓異?，F象分析

某500 kV變電站35 kV電容器額定容量3× 4×5×100 kvar，在投產過程中，進行差壓帶負荷試驗，拆除1只電容器測差壓時，發現試驗實測值遠大于整定計算理論值，差壓實測和計算數據參見表1。現場對電容器本體、電容器熔絲、一次接線、二次回路接線、放電壓變都進行了仔細的檢查，未發現任何異常。

核對投產前各項試驗數據、試驗方法無誤，正常運行時干擾電壓實測值也在正常范圍內，但是1只電容器故障后的整定計算理論差壓值為6 V，而拆除1只電容器實測差壓值卻達到11 V，接近2倍，顯然不是干擾或誤差引起。

現場查閱電容量檢查報告，單只電容器的額定電容量30 μF左右，單只電容器的實測電容量與額定電容量的最大誤差小于1.97%，符合規范要求。

電容器組不平衡電壓保護有2種接線方式，一種為開口三角電壓保護，另一種為差壓保護。為尋找試驗實測值遠大于整定計算理論值的原因，著手分析整定計算工程公式中的參數與現場實際接線參數的對應關系。

2 開口三角不平衡電壓分析

開口三角電壓保護接線為單一電容器并聯后再串聯，取三相電壓首尾相接合成零序電壓，電容器組接線見圖1，放電壓變接線見圖2。

根據開口三角電壓（見圖1、圖2）的接線，由簡單電路原理[1]可知不平衡電壓的計算公式為：

即：

假設此電容器組的組成為3×n×m（n為每相電容器組內部串聯段數，m為各串聯段中并聯的電容器個數），當其中A相一并聯段中故障電容器的數量為k只時，根據節點電流原理有：

即：

根據式（1）和式（2）有：

由上述推導可見，其結論與DL/T 584-95《3～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》[2]中的工程應用公式完全一致。

3 電壓差動原理分析

差壓保護（電壓差動原理）接線為單一電容器并聯后再串聯組成，但串聯段數為偶數，取故障相的故障段與非故障段的電壓差作為不平衡電壓保護的動作電壓，電容器組接線見圖3，放電壓變接線見圖4。

根據差壓保護（見圖3、圖4）的接線，可知不平衡電壓的計算公式為：

假設此電容器組的組成為3×n×m（n為每相電容器組內部串聯段數，m為各串聯段中并聯的電容器個數），當其中一并聯段中故障電容器的數量為k只時，根據節點電流原理有：

即：

根據式（4）和式（5）有：

將式（5）代入上述公式有：

可見，上述推導出的公式與整定規程（DL/T 584-95）中的工程應用公式結構上完全一致。

但是，仔細對比發現式（6）中的UA為母線額定相電壓，而差壓保護中使用的是放電壓變的參數，在圖4接線方式下，放電壓變的的額定電壓UE與母線電壓UA是不相等的（圖2接線方式下UE與UA是相等的），根據放電壓變變比折算到二次輸出額定值有：

有上推導可見，在圖4接線方式下的式（7）與圖1接線方式下的式（3）相同。但是，在圖4接線方式下，放電壓變的額定電壓UE與母線電壓UA是不相等的，因此在用放電壓變二次輸出額定電壓Ue進行計算時，會產生一個的UA/UE系數。據此分析，這一系數的存在是試驗實測值遠大于整定計算理論值的原因。

4 整定計算和實測驗證

根據上述分析，查閱現場按照圖4接線的放電壓變實際變比為（20.8//0.1，母線電壓為35 kV，按照式（7）計算，損壞1只電容器所產生的不平衡電壓為：

與實測數據一致。

為了進一步驗證差壓數據，根據現場電容器組的實測參數進行模擬仿真，電容器組為5只并聯后4只串聯，接線見圖5，實測參數見表2。

根據上述實測值進行模擬計算，差壓值為12.5 V，與實測值11 V相近。

5 結論

由于電容器組不平衡電壓的大小與電容器的特性、安裝的場地和接線方式都有關系，因此為確保整定值符合現場要求，保證電容器安全穩定運行，提出以下建議。

（1）規范設備參數和工程計算公式的使用。根據上述分析發現，整定計算不僅需要掌握電容器接線形式、容量、放電壓變的二次額定電壓，還需要掌握放電壓變的接線形式[3]（即差壓的二次接線原理）、放電壓變的一次電壓和變比，采用工程應用公式計算時，特別要注意現場參數與公式參數的關系。

（2）由于電容器不平衡電壓保護帶負荷試驗復雜，需要先測試電容器組正常運行時的不平衡電壓，再將電容器組改檢修，拆除1只電容器后，退出不平衡電壓保護，送電后再次測試差壓的輸出，如果整定為2只電容器故障后可靠跳閘，則需要繼續測試。近年來，有些試驗人員嫌試驗過程復雜，已經取消電容器不平衡電壓帶負荷試驗，僅僅測試正常運行時的不平衡電壓，這是不允許的。應規范電容器不平衡電壓保護帶負荷試驗流程，在進行保護整定時也必須根據實測值與理論計算值進行校核。

（3）由于電容器生產廠家眾多，部分廠家產品質量得不到保證，電容器特性不穩定，理論計算的不平衡電壓與實際產生的不平衡電壓相差較大，給電容器的安全穩定運行埋下隱患，應提高電容器組和放電壓變本體的制造質量，確保運行參數的穩定性。

[1]黃永春.電工基礎[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]電力系統繼電保護整定匯編：3～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].北京：中國電力出版社，2008.

[3]盛國釗，倪學峰.高壓并聯電容器組不平衡保護計算中遇到的新問題[J].無功補償，2007（1）:33-50.

（本文編輯：楊勇）

Discussion on Magnitude of Unbalanced Voltage of Capacitor Bank in Substations

HUANG Zhi hua，TANG Ming，SHEN Zhu，LIU Ying
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Aiming at the abnormal circumstance of load test on differential protection of capacitor bank,the paper starts from the basic principle of unbalance voltage protection and conducts a detailed analysis on abnormalities that potentially cause maloperation and missetting of differential pressure protection of the capacitor by comparing and analyzing the coincidence relation between setting and calculation of technical application formula and parameters of primary system equipment.The paper finally suggests strengthening the operation and maintenance of unbalanced voltage protection of capacitor bank combining the work practice.

capacitor；differential pressure protection；unbalanced voltage

TM772

：B

：1007-1881（2013）11-0066-04

2013-08-13

黃志華（1979-），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統繼電保護及自動化工作。