高壓并聯電容器補償成套裝置的二次保護

陳禹志

(國網西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

高壓并聯電容器補償成套裝置的二次保護

陳禹志

(國網西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

從高壓并聯電容器補償裝置二次保護的重要性入手，詳細介紹了電容器組的保護形式，探討了高壓并聯電容器補償裝置的過電壓保護和失壓保護。

高壓并聯電容器；補償裝置；熔斷器；繼電保護

0 引言

近年來，隨著用電量的日益增加，供電系統常常出現供不應求的現象，其中一個主要原因是供電系統發生故障率高，容易造成電能浪費，降低輸配電效率，電網系統中，主要是高壓電容器組發生故障較多，這就要求對其進行更全面的保護。目前，我國電網中多采用并聯電容器組作為補償裝置。為了提高輸配電系統的供電質量并降低無功損耗，無功功率補償是應用最為廣泛的補償方式。傳統的電容器補償裝置保護措施不夠完善，一般只有內部故障保護和過電流保護，但是沒有設置多次電容器爆炸和電容器組起火方面的保護措施。多起電容器爆炸和電容器組起火事故的發生，證明必須要對電容器補償裝置進行二次保護，以保證高壓電容器能夠穩定可靠的工作。隨著科技的進步，相關專業人員也越來越重視高壓并聯電容器補償裝置的二次保護。下文對此展開討論。

1 高壓并聯電容器補償裝置二次保護的重要性

高壓并聯電容器補償裝置的主要組成部分有高壓開關柜、并聯電容器及其支架、串聯電抗器、接地開關、單臺電容器保護專用熔斷器等。并聯補償裝置的主要功能元件包括并聯電容器和與其串聯的電抗器。在并聯補償裝置中，將電抗器串聯到電容器中，主要目的是當某些特定諧波通過時，可以形成一個高阻抗通路，該高阻抗通路可以使電容器避免諧波帶來的危害，保證電容器始終在完全的工頻電流條件下工作，或者僅允許少部分諧波電流流入，防止電容器超載，避免事故發生。傳統的簡單并聯電容器無功補償方式安全性差、效率低，所以必須要設計針對不同形式負載條件的高壓并聯電容器補償成套裝置對其進行補償，并且隨著用電量的增加和用電電壓的提高必須要設計電容器補償裝置的二次保護，保證整個電網系統可以安全可靠的運行。

2 電容器組的保護

電容器組的保護方式有多種，通常包括繼電保護、內部熔絲保護和外部熔絲保護等。一旦電容器內部發生故障，繼電保護和外部熔絲保護共同作用，防止電容器發生爆炸。進口電容器組和有內部熔絲的并聯電容器多采用內部熔絲作為電容器的內部保護。下面介紹外部熔絲保護和繼電保護的具體形式。

2.1 外部熔絲保護

當單臺電容器內部發生絕緣損壞時，很容易產生極間的短路現象，從而造成運行停止，甚至發生失火事故。為了避免短路現象的發生，在每臺電容器都要安裝專用的熔斷器。專用熔斷器可以避免單臺電容器損壞而導致極間短路等聯鎖反應的發生。常用的專用熔斷器有限流式熔斷器和噴逐式熔斷器。因為限流式熔斷器成本較高，所以目前我國輸配電系統中多采用BRN-10/P型號的噴逐式作為電容器保護專用熔斷器。應根據熔斷器的時間—電流特性曲線選擇電容器保護專用熔斷器，合格的熔斷器的時間—電流特性曲線應該在被保護電容器外殼爆裂概率曲線的左邊，熔斷器的額定電壓必須高于被保護電容器組的額定電壓，熔絲額定電流具體計算方法為：

式中，I為熔絲額定電流；Qc為被保護電容器的額定容量；Ue為被保護電容器額定電壓。

2.2 繼電保護

目前我國使用的電容器組接線方式主要有三角形和不接地星形。在三角形接線電容器組中，當電容器被擊穿而造成短路時，會產生很大的故障電流，很可能造成電容器爆炸事故，并且三角形接線方式的電容器還存在很多缺點，比如，三角形接線電容器沒有可靠的保護方式，并且其對單臺保護熔斷器有很高的性能要求。所以在20世紀80年代后，三角形接線方式逐步被淘汰，多采用星形接線方式，因此本文主要介紹星形接線方式，不再介紹三角形接線方式。單星形接線方式優于雙星形接線方式，因為單星形接線電容器組是采用開口三角電壓進行保護，保護方式簡單可靠并且投資少，靈敏度高，更容易布置，并且單星形接線電容器組沒有雙星形發生兩臂對稱故障時不能動作的不足，所以目前使用單星形接線方式的電容器組較多。根據接線方式的不同，繼電保護分為以下3種形式：

2.2.1 零序電流保護

零序電流保護主要應用于雙星形接線的電容器組。雙星形接線的不平衡電流保護整定計算公式為：

2.2.2 零序電壓保護

2.2.3 電壓差動保護和橋式差電流保護

電壓差動保護多用于多段串聯的單星電容器組中；橋式差電保護適用于每相都接成4個橋的電容器組。

3 高壓并聯電容器補償裝置的二次保護

高壓并聯電容器補償成套裝置的保護包括：諧波保護、失壓保護、過電壓保護和過電流保護等。

3.1 過電壓保護

電容器組在運行過程中對作用在其上的電壓是有限制的，一般作用在電容器組上的電壓不能超過1.2倍的額定電壓，如果電容器組長期在高電壓條件下工作可能會擊穿電容器組。目前電容器組都裝有母線過電壓保護裝置，目的是防止當母線穩態電壓突然升高時，電容器組被擊穿現象的發生。電容器組安裝的過電壓保護裝置是帶時限動作于信號。

母線過電壓保護具體計算公式為：

式中，Udz為保護裝置的動作電壓；K為電容器組允許的電壓與額定電壓的比值；Uem為電容器額定電壓；A為電容器組每相的感抗與容抗的比值，通常可以根據不同的系統參照表對電容器組中的過電壓保護參數進行整定。

例如，在裝置中安裝有危機保護裝置，但是系統中存在很嚴重的過電壓現象，就必須在微機保護裝置中參照具體參數表設置過電壓保護。該方法已經成熟應用于多項工程中，且實際效果很好。

3.2 失壓保護

如果系統發生線路故障而導致電容器組失去電源，而修復故障后又使電容器組的母線帶電，此時電容器的端子存在殘余電壓，且該殘余電壓高于0.2倍的額定電壓，在此條件下，電容器組將承受高于其允許的1.2倍額定電壓，從而造成電容器擊穿破壞。所以應該增加失壓保護裝置，且失壓保護裝置帶時限動作于跳閘。

母線失壓保護的具體計算公式為：

式中，K為當系統工作正常時出現的最低電壓系數，通常取0.3～0.5；Uhm為電容器組的母線電壓(V)；n為電容器裝置的電壓互感變化比。

4 結語

本文所述保護方式已經成功應用于輸配電、鋼鐵、石化等行業用電系統的系統補償中，并且高壓并聯電容器補償成套裝置的二次保護已經在實際運行中得到驗證是安全可靠的，裝有本文討論的保護系統的電容器組設備運行穩定可靠，沒有發生過電容器失火和電容器爆炸等重大危險事故。高壓并聯電容器補償裝置的二次保護還有待進一步完善和改進。本文所做研究可以為以后對于高壓并聯電容器補償裝置的二次保護的深入研究提供支持。

[1]王季梅.高壓交流熔斷器及其應用[M].機械工業出版社，2006

2014-10-31

陳禹志(1987—)，男，重慶人，助理工程師，研究方向：電力保護。