引言：電力電容器作為主要的無功補償裝置，起著提高功率因數(shù)，改善電壓質(zhì)量等作用。隨著高壓配電網(wǎng)無功補償需求的加大，電容器數(shù)量不斷增加，單臺容量也越來越大。由于電容器在結(jié)構(gòu)上的特點，與其它電氣設(shè)備相比略顯“嬌嫩”。因此，合理的配置電容器保護就顯得越發(fā)重要。根據(jù)檢修工作中遇到的電容器故障情況，結(jié)合對故障發(fā)生原因的分析，就以目前在高壓配網(wǎng)中應(yīng)用最為廣泛的單星型接線高壓并聯(lián)電容器組為例，對常見的電容器保護進(jìn)行比較和探討。
1 相間過電流保護
主要保護電容器組與斷路器之間的引線、絕緣子、套管間的相間短路故障，同時也可以作為電容器內(nèi)部故障的后備保護。
其動作電流Iset可按如下整定：
過電流保護經(jīng)0.3~0.5秒延時動作于跳閘，以躲過電容器組投入時的涌流。一般不再裝設(shè)電流速斷保護，因為速斷保護要考慮躲過電容器組的合閘沖擊電流及對外放電電流，且保護范圍和效果不能充分利用。
2 過電壓保護
電容器在過高的電壓下運行時，其內(nèi)部游離增大，可能發(fā)生局部放電使介質(zhì)損耗增大引起過熱，并可能發(fā)展到絕緣被擊穿。因此應(yīng)保持電容器組在不超過最高容許電壓下運行，設(shè)置過電壓保護就是這個目的。
國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電容器允許的工頻過電壓最大持續(xù)時間為：在1.1倍額定電壓下可長期運行，在1.15倍額定電壓下，每24小時可運行30分鐘，在1.2倍額定電壓時為5分鐘，在1.3倍額定電壓下為2分鐘，因此我們一般取額定電壓的1.15倍為過電壓的整定值，經(jīng)2~5秒延時后以動作于跳閘，延時跳閘的目的是避免瞬時電壓波動引起誤動。
由于過電壓元件電壓取自母線電壓互感器，為避免母線單相接地時過電壓原件誤動，電壓采用線電壓。
3 低電壓保護
從電容器本身特點看，運行中的電容器如果突然失去電壓，對電容器本身并無損害，但可能產(chǎn)生以下后果：①當(dāng)變電站電源側(cè)斷開、事故跳閘或電壓急劇下降時，如果電容器還接于母線上，則電源重合閘或備用電源自投后，母線電壓很快恢復(fù)，在電容的殘壓還未降到0.1倍額定電壓的情況下，就有可能使電容器承受高于1.1倍的額定電壓而損壞。②當(dāng)變電站斷電恢復(fù)時，若變壓器帶電容器合閘，可能產(chǎn)生諧振過電壓，使電容器損壞。③變電站斷電恢復(fù)的初期，若變壓器還未帶上負(fù)荷或負(fù)荷較少，母線電壓較高，也可能引起電容器過電壓。因此，安裝低電壓保護，當(dāng)母線電壓降到額定值60%左右時即動作，將電容器切除。
低電壓保護所用電壓接于母線電壓互感器二次側(cè)，圖1示出了電容器組低電壓保護邏輯框圖。由圖可見，只有當(dāng)三相電壓同時降到低電壓動作值時，保護才可動作。同時為了防止所接TV二次空氣開關(guān)誤跳造成TV二次失壓引起電容器低電壓保護誤動，保護動作條件增加經(jīng)電流閉鎖，當(dāng)電壓消失后，參照電流閉鎖定值判斷電容器組是否有電流，有電流則認(rèn)為TV二次開關(guān)誤跳，低電壓保護被閉鎖，斷路器不會跳閘。如果無電流，則低電壓保護動作，跳開斷路器。同時只有斷路器合上時，保護動作才有意義，所以現(xiàn)在很多微機型保護中增加了斷路器跳閘位置閉鎖低電壓保護的功能。
低電壓的動作時限應(yīng)小于上級電源進(jìn)線重合閘時間或備自投動作時限。
4 過負(fù)荷保護
電容器組過負(fù)荷是由于系統(tǒng)過電壓及高次諧波所引起。按規(guī)定電容器應(yīng)能在1.3倍額定電流下長期運行。
鑒于電容器組裝設(shè)有反映穩(wěn)態(tài)電壓升高的過電壓保護，且大容量電容器組一般裝設(shè)有抑制高次諧波的串聯(lián)電抗器，在這種情況下，可不裝設(shè)過負(fù)荷保護，僅當(dāng)系統(tǒng)高次諧波含量較高或?qū)崪y電容器回路電流超過允許值時，才裝設(shè)過負(fù)荷保護延時動作于信號。一般情況下，過負(fù)荷與過電流保護結(jié)合在一起。
5 零序電壓保護
零序電壓保護也稱不平衡電壓保護。因為高電壓電容器每相都并聯(lián)著一臺放電線圈(相當(dāng)于一臺電壓互感器)，將三臺放電線圈二次繞組接成開口三角形，正常運行時三相電壓平衡，開口處電壓幾乎為零，當(dāng)電容器發(fā)生故障后，引起電容器組的三相不平衡，開口處出現(xiàn)零序電壓，保護采集到這一電壓超過定值時即動作跳閘。一般廠家推薦的不平衡電壓定值Ubph=4V，動作時限取0.2秒。
6 熔斷器保護
根據(jù)《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)程》(SDJ25-85)的規(guī)定，電容器還應(yīng)設(shè)置專用單臺熔斷器保護，作為電容器內(nèi)部故障的主保護。
與其它保護相比，熔斷器具有反時限特性，只要能保證熔斷器的時間—電流特性曲線符合要求，就能確保在電容器內(nèi)部故障發(fā)展前迅速熔斷，從而隔離故障電容器，使健全電容器繼續(xù)運行。
表1 高壓并聯(lián)電容器單臺保護用熔斷器時間-電流特性
熔斷器熔絲的額定電流應(yīng)不低于被保護的并聯(lián)電容器額定電流的1.43倍，一般推薦在1.43~1.55倍的范圍內(nèi)選取。
但是由于熔絲的電流—時間特性分散性大，長期使用后性能發(fā)生改變，使其作為電容器內(nèi)部故障主保護的可靠性大打折扣，給運行帶來很大麻煩，因此運行中一般把不平衡保護和熔絲保護共同作為主保護使用。不過關(guān)于兩者間保護配合及定值問題，規(guī)程上并未詳細(xì)指出，查閱資料國內(nèi)目前也沒有統(tǒng)一的解決方案，這也是我們以后需要進(jìn)一步研究討論的地方。
7結(jié)語
關(guān)于電力電容器的保護配置，國內(nèi)還是存在一些不同觀點的，特別是反映電容器內(nèi)部故障的保護，有些人主張以專用單臺熔斷器作為內(nèi)部故障的主保護，繼電保護(主要指不平衡保護)作為后備;還有人認(rèn)為目前國產(chǎn)熔斷器性能還不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)誤動或拒動，主張取消熔斷器，將繼電保護作為主保護。但就目前主流的觀點來看，還是傾向于兩者共同作為主保護使用，以各取所長。經(jīng)過長期的運行實踐表明，這種配置方案還是能比較靈敏的反映電容器內(nèi)部故障，可靠性更高，應(yīng)用也越來越廣泛，只要解決好兩者間保護配合問題，是可以滿足目前電容器保護的各項要求的。
參考文獻(xiàn)：
【1】 水利電力部西南電力設(shè)計院 《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》 SDJ25-85(試行)
【2】 中華人民共和國電力工業(yè)部 《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范》 GB50227-95
【3】 中華人民共和國能源部 《高壓并聯(lián)電容器單臺保護用熔斷器訂貨技術(shù)條件》 DL 442-91
【4】 周存和 《并聯(lián)電容器及其成套裝置》 中國電力出版社 2008.06
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