并聯電容器組的過電壓保護

花順

【摘要】對并聯電容器組的過電壓保護進行深入研究，對于實際電力的正常運行有著十分重要的作用。本文首先研究了過電壓保護的重要作用，然后分析了并聯電容器組所承受的不同過電壓，然后在探討過電壓保護方法思路的基礎上，提出了電容器組運行維護的注意事項。

【關鍵詞】并聯；電容器組；過電壓；保護

一、前言

并聯電容器組在電力系統中的應用十分廣泛，作用也十分明顯。注重對過電壓保護的研究，能夠更好地指導電力實踐。并聯電容器組在實際運行過程中，會承受到多種不同類型的過電壓，研究過程中有必要著重進行分析。

二、過電壓保護的作用

電容器內部故障發展過程，大多數先是個別元件發生擊穿短路，如無內熔絲動作切除故障元件，則為故障元件所在串聯段短路，當故障繼續發展就會有數個串聯段乃至全部擊穿短路。設置各種電容器內部保護是期望故障電容器在全擊穿之前撤出，以免發生外殼爆裂事故。就保護靈敏度而言，通常是內外熔絲保護高于不平衡保護，而不平衡保護高于過電壓保護，從而構成諸種保護的配合順序。

當電容器組采用內熔絲或外熔絲為主保護時，不平衡保護和過電壓保護為后備保護；當電容器組采取無熔絲保護時，不平衡保護為主保護，過電壓保護為后備保護。過電壓保護作為后備保護，是在主保護失效時起作用。可見，無論是采取何種保護配置組合，過電壓保護都是不可或缺的保護方式。根據高壓并聯電容器裝置的使用場所和裝置構成及其技術特性的區別。

三、并聯電容器組承受的過電壓

并聯電容器組的過電壓問題，主要考慮操作過電壓，因為對電容器組來講遭受雷擊大氣過電壓的機率很小，雷電波在大電容的影響下，陡度較小，減小了對絕緣的危害。常見的操作過電壓主要有以下幾個方面。

1.電容器組分閘時弧燃引起的過電壓

電容器組的操作過電壓大多是由于在斷路器分閘時電弧重燃所引起的。單相重燃時，在電容器組不接地中性點上，產生中性點對地過電壓。此過電壓與其它相電容上的電壓疊加，形成更高的極對地過電壓。

2.合閘時電容器極間過電壓

未充電的電容器合閘時，極間過電壓的最大值不會超過其額定電壓峰值的2倍。如果電容器處于充電狀態，而充電電壓與系統電壓大小相等，極性相反時，合閘時的極間過電壓可能達到3倍。

3.由于真空斷路器觸頭彈跳引起的過電壓

合閘時，真空斷路器觸頭的彈跳將出現電弧斷開又接通的重復過程，過電壓可能達到2.8-3倍；對電容器絕緣有危害。

4.電容器合閘或分閘引起的遠方放大過電壓

電容器合閘引起遠方變電站中產生的相間過電壓放大，在國際大電網會議中已成為熱門話題，據統計某次事故中7臺變壓器的損壞與離變壓器3.3km以內的并聯電容器合閘有關，其原因是由于電容器合閘瞬間，在輸電線路上注入一個階躍電壓波的反射所引起，在線路末端兩相對地電壓可能達到3.5倍，由于兩相的電壓波極性相反，相與相之間的電壓可能達到6.5倍，這一問題在國內尚未引起注意。

四、并聯電容器組過電壓保護方法的思路

通常解決電容器過電壓的途徑主要有二：一是選用性能良好的即不發生重擊穿的開關；二是選用合適的MOA（氧化鋅避雷器）進行過電壓保護。以現階段技術水平，要開關不發生重擊穿還很困難。我國大多使用MOA作為電容器保護，一般為I型接線，均為三相接地，接于中性點的L型接線用的少一些，這兩種MOA接線形式都可保護單相重擊穿引起的相地過電壓，但對極間過電壓沒有保護作用；另外并接于電容器兩端保護極間絕緣的Y型MOA在我國應用不多，Y型MOA對極地和極間過電壓均有一定的保護作用，但效果并不十分理想，引起運行中并聯電容器組事故時有發生。

我們在分析運行中并聯電容器過電壓機理的基礎上，借鑒對帶1%以下串聯電抗器的并聯電容器通過阻尼限流器來限制涌流的原理，采用串聯間隙與電阻R配合的保護裝置保護帶6%、13%串聯電抗器的并聯電容器組，并配合避雷器保護，研究包括過電壓保護裝置的電阻值、容量，放電間隙的放電特性、放電電壓，避雷器的安放位置等。從限制過電壓、合閘涌流和吸收能量這幾個角度綜合分析了這一方式所具有的優勢，確定最佳保護參數，使幾個方面的指標都達到最優。

五、電容器組運行維護的注意事項

1.控制電容器的運行電壓、電流及溫度

電容器是以電介質為工作介質的一種電器，在額定電壓下介質中的電場強度很高。因而運行時應嚴格控制電容器的電壓、電流、溫度數值。

2.嚴格控制電容器的運行電壓

《變電站運行規程》中規定電容器長期運行中的工作電壓不能超過電容器額定電壓的1.05倍。當運行電壓超過額定值將使電容器過負荷，同時隨電壓的升高，電容器發熱，熱損失增大。電壓太高還易導致熱擊穿，損壞電容器。另外，電容器的壽命也會因高場強絕緣質老化加速，而使壽命縮短。

3.允許電容器的過電壓運行

國家標準規定電容器應能在有效值為額定電流的1.3倍的穩定電流下運行， 電容器允許的過電壓限值是從熱穩定的要求來確定的，熱穩定試驗的目的之一是求得產品的過載能力，一般電容器允許不超過其額定容量的1.35倍運行，而電容器設計是按1.44倍額定容量設計的，熱穩定試驗也按這個要求進行，因而是有一定安全范圍的。

4.電容器的運行溫度

電容器和其它大部分電氣設備不同，它一般情況下都是在滿負荷下運行時間較長，因而電容器是不能從日負荷變化而使平均溫升較低的特性中得到好處。另一方面電容器的絕緣介質又在較高場強下運行。制造廠對電容器使用電壓、電流、環境溫度的限制，實際上是規定了電容器內部最高溫度，這個溫度決定于電容器的有功損失。

六、二次系統過電壓防護

1.過電壓保護設計

國際電工委員會認為防雷方式主要包括外部防雷和內部防雷。外部防雷系統主要由避雷針、引下線、接地系統組成，防止變電站受到雷電直擊。內部防雷主要針對雷電的侵入或其他內部過電壓損壞設備。IEC內部防雷系統對進行EMP分區，在設備的電源線、信號線、數據線等內裝入防雷和過電壓裝置，能有效防止雷電波侵入、電壓反擊、浪涌過電壓等對系統設備造成損壞。

浪涌過電壓保護器采用串聯和并聯的接線方式，對暫態過電壓進行防護。串聯連接方式相對并聯連接方式具有一定的弊病，當通訊數據串入浪涌過電壓保護器時，常因為信號不匹配或信號干擾造成數據無法正常傳輸，需要對傳輸情況進行反復檢查，及時發現故障，更換浪涌過電氣保護器。并聯連接方式不會產生數據傳輸問題，但技術要求較高。

2.用電系統過電壓保護

交流電源或直流電流在整流環節，往往使用的電容容量大，能夠吸收一定量的瞬態過電壓。在站用變壓器和饋電屏之間需要采用屏蔽電纜，保證設備接地狀態良好。為完善現代防雷系統，還需要采用回路分流措施。設備與保護接地一般相同的接地裝置，且處于LPZOB區，該區電磁脈沖強烈，對設備影響較大。站用變壓器中防雷器雖然能阻止一定量的侵入波，但是線路殘壓高，當變電站受到雷擊時，線路耦合，電位升高，反擊過電壓仍然較高，變壓器的高壓側的電壓更高，這些都迫使通信調度系統對供電回路采取一定的過電壓保護。

七、結束語

通過對并聯電容器組的過電壓保護研究，我們可以發現電容器組在運行過程中由于承受到多種過電壓，使其增添了保護方法的不確定性。在電容器組的運行維護方面，相關人員要嚴格掌控，做到科學合理地開展過電壓保護工作。

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