電容器組不平衡保護動作原因分析

唐媑基/國網青海省電力公司海北供電公司

電容器組不平衡保護動作原因分析

唐媑基/國網青海省電力公司海北供電公司

電網的安全穩定運行是我國經濟建設發展的基礎保障，電能是工業生產以及人們日常生活中重要的能源，所以要加強電網的安全運行管理。在電網結構系統中，電容器組是重要的組成部分，常用于變電所中，在母線上做無功補償，為變電運行提供了基礎的保護。但是由于電容器組在運行的過程中，會受到高溫、高壓以及潮濕環境的影響，會加速絕緣的老化，致使電容器元件發生擊穿等不安全現象，而電容器組不平衡保護是發生頻率較高的故障，嚴重影響到電網運行的安全性和可靠性。文章對于電容器組不平衡產生的原因進行了分析，然后進一步闡述了保護動作的故障診斷，對于提高電容器組運行的安全性具有重要的意義。關鍵詞：電容器組；不平衡保護；電容量；不平衡電壓

引言：隨著電力系統的升級改造，對于電網的運行程序以及各項電氣設備都有所調整，在運行效率方面有所提高。電網的運行質量至關重要，直接關系到用戶的生產生活狀況以及電力企業的經濟效益，所以要加強電網運行的安全性和穩定性。電容器組主要是為電力系統補償無功功率的裝置，具有提高功率因素，降低線路損耗，改善電能質量的功能，為保證電容補償裝置的安全穩定運行創造了有利的條件。但是在電容器組運行的過程中，會受到運行環境的影響而出現不平衡保護動作，直接影響到電網運行的安全性。所以要對電容器組不平衡保護動作的引發原因進行分析，然后有針對性的制定出防范措施，為電網的高效穩定運行的創造有利的條件。

一、電容量不平衡保護

電容量不平衡保護主要是對電容器內部的故障采取保護的一種措施，在發生故障時，能夠及時的采取保護措施，隔離故障點，保證電容器的安全運行。在電容器的內部裝置中，如果任何一個元件器被擊穿護著熔斷器熔斷時，都會導致電壓電流的幅值出現變電，但是幅度不會太大，所以不會引發電壓電流保護動作跳閘。但是卻可以引起電容器串聯段上的電容器電壓超過1.1倍的額定電壓，在長期運行的情況下，會導致安全事故的發生，所以電容量不平衡保護此時會跳開斷路器，隔離故障點，從而保護電容器。

電容量不平衡保護方式分別有：開口三角電壓保護（用于單星形接線的電容器組）、相電壓差動保護（用于串聯段數為兩段及以上的單星形電容器組）、橋式差電流保護（用于每相能接成四個橋臂的單星形電容器組）、中性點不平衡電流保護（用于雙星形接線電容器組）。

二、不平衡電壓的產生原因

在110kV和220kV電壓等級的變電站中，電容器組不平衡保護多采用開口三角電壓保護，以下以開口三角電壓保護為例分析其動作原因。由于三相電路和電源的不完全對稱，即使在電容器組正常運行時，其中性點電位亦會發生偏移，因而在接成開口三角的放電線圈二次側就會出現零序電壓，就是上述的開口三角電壓，也就是不平衡電壓，它的大小表示不平衡程度。

1.電容器組三相電容量不平衡會產生不平衡電壓。

中性點不接地的星型接線電容器組，當三相之間電容值不平衡時，運行中會產生電壓分布不均衡情況。電容值小的某一相或某一個串聯段承受的電壓高，電容值不平衡加大則電壓分布不均衡也隨之加大。假如相間電容量偏差達到6%額定電容（即異相電容量的最大值與最小值之比為1.06），不平衡電壓將達到近6%電容器組額定相電壓。

2.電網電壓三相不對稱平衡會產生不平衡電壓。

假如三相電源電壓幅值偏差士2%，相位與基準相差1°，不平衡電壓能夠達到6%電容器組額定相電壓。可見電源影響不容忽視，至于電源電壓中諧波含量也會產生影響，不過其影響比基波小得多。

3.三相放電線圈性能差異會產生不平衡電壓。

如果三相放電線圈性能（含伏安特性）差異大，即使在一次系統平衡的情況下，也會在二次側產生虛假的不平衡電壓，甚至引起保護誤動，這種現象曾有發生，因此，應注意放電線圈的選用和產品質量把關。

三、不平衡保護動作后的故障查找

1.接頭發熱對電容器組運行的影響。

接頭發熱是電容器組常見的故障之一，因為一旦電容器投入運行，就會在額定電流下滿載運行，此時，如果接頭不規范，就會出現發熱的現象。因為電容器的母線為鋁排，而電容器之間是考銅絞線連接，所以在銅鋁導體連接時，應該采用銅鋁過渡接頭，在檢查接頭時，要看其是否采用了銅鋁接頭。此外，還應該檢查電容器組用隔離開關、接地刀閘等設備接頭是否有松動，接點是否接觸良好，這些均會引起接頭發熱，使電容器組不能正常運行。

2.合閘時不平衡電壓和時間配合不好。

電容器組斷路器合閘過程中，會產生不同程度的過電壓，這個過電壓會使放電線圈的勵磁特性曲線發生變化，在放電線圈的二次側出現一個大于保護定值的零序電壓值，若在保護定值延時范圍內，零序電壓衰減后的值仍大于保護定值，就會造成保護誤動。這種情況下，應把保護定值略微調大一點。另外，在放電線圈定貨技術協議中，應提高放電線圈的過電壓能力。

3.電容器與電抗器配合不良。

在電容器產品制造過程中存在容差，電容器組安裝時不可能調配完全均衡，即從理論上講希望容差為零，使電壓達到均衡分布，實際上無法辦到。電氣裝置安裝相關規定中對電容偏差有一定的要求，電容器的實測電容值與額定值的偏差不超過額定電容值的-5%～+10%。在安裝施工中，如果將電容量正偏差的電容器均放在一相上，會造成電容器組三相電容量的不平衡，但此時符合規定的要求，若此時放電線圈三相變比或角差也有偏差，剛好電容器的正偏差和放電線圈的正偏差碰到一起，有可能造成跳閘。

4.電容器三相電容量不平衡或放電線圈變比不一致。

電容器三相電容量不平衡或放電線圈變比不一致是電容量不平衡保護保護動作的主要原因。一般情況下，電容器組的差壓保護是從放電線圈二次線圈獲取電壓的。這樣做的好處是當電容器發生內部故障后，三相電容量會出現不平衡，放電線圈二次電壓就會出現超過定值的電壓，使電容器組保護動作。

四、結束語

電容器組對于電網運行的安全性有重要的影響，一旦出現不平衡保護動作，會對電網的運行質量產生嚴重的影響，所以要對電容器組的不平衡保護動作嚴格控制。出現這種現象的原因可能是裝置本身質量不達標或者安裝不當造成的，這在運行初期會有所表現，所以在這個環節，可以加強采購、質量檢驗以及安裝技術的控制。復雜的運行環境以及操作程序的不規范也是引發不平衡保護動作的原因，所以對運行環境要經常檢查，并且制定電容器日常巡檢制度，提高監控力度，及時發現問題及時解決。提高電容器組的保護水平，為電網的安全穩定運行提供有利的保障。

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