高压并联电容器补偿成套装置的二次保护

陈禹志

(国网西藏电力有限公司，西藏 拉萨 850000)

高压并联电容器补偿成套装置的二次保护

陈禹志

(国网西藏电力有限公司，西藏 拉萨 850000)

从高压并联电容器补偿装置二次保护的重要性入手，详细介绍了电容器组的保护形式，探讨了高压并联电容器补偿装置的过电压保护和失压保护。

高压并联电容器；补偿装置；熔断器；继电保护

0 引言

近年来，随着用电量的日益增加，供电系统常常出现供不应求的现象，其中一个主要原因是供电系统发生故障率高，容易造成电能浪费，降低输配电效率，电网系统中，主要是高压电容器组发生故障较多，这就要求对其进行更全面的保护。目前，我国电网中多采用并联电容器组作为补偿装置。为了提高输配电系统的供电质量并降低无功损耗，无功功率补偿是应用最为广泛的补偿方式。传统的电容器补偿装置保护措施不够完善，一般只有内部故障保护和过电流保护，但是没有设置多次电容器爆炸和电容器组起火方面的保护措施。多起电容器爆炸和电容器组起火事故的发生，证明必须要对电容器补偿装置进行二次保护，以保证高压电容器能够稳定可靠的工作。随着科技的进步，相关专业人员也越来越重视高压并联电容器补偿装置的二次保护。下文对此展开讨论。

1 高压并联电容器补偿装置二次保护的重要性

高压并联电容器补偿装置的主要组成部分有高压开关柜、并联电容器及其支架、串联电抗器、接地开关、单台电容器保护专用熔断器等。并联补偿装置的主要功能元件包括并联电容器和与其串联的电抗器。在并联补偿装置中，将电抗器串联到电容器中，主要目的是当某些特定谐波通过时，可以形成一个高阻抗通路，该高阻抗通路可以使电容器避免谐波带来的危害，保证电容器始终在完全的工频电流条件下工作，或者仅允许少部分谐波电流流入，防止电容器超载，避免事故发生。传统的简单并联电容器无功补偿方式安全性差、效率低，所以必须要设计针对不同形式负载条件的高压并联电容器补偿成套装置对其进行补偿，并且随着用电量的增加和用电电压的提高必须要设计电容器补偿装置的二次保护，保证整个电网系统可以安全可靠的运行。

2 电容器组的保护

电容器组的保护方式有多种，通常包括继电保护、内部熔丝保护和外部熔丝保护等。一旦电容器内部发生故障，继电保护和外部熔丝保护共同作用，防止电容器发生爆炸。进口电容器组和有内部熔丝的并联电容器多采用内部熔丝作为电容器的内部保护。下面介绍外部熔丝保护和继电保护的具体形式。

2.1 外部熔丝保护

当单台电容器内部发生绝缘损坏时，很容易产生极间的短路现象，从而造成运行停止，甚至发生失火事故。为了避免短路现象的发生，在每台电容器都要安装专用的熔断器。专用熔断器可以避免单台电容器损坏而导致极间短路等联锁反应的发生。常用的专用熔断器有限流式熔断器和喷逐式熔断器。因为限流式熔断器成本较高，所以目前我国输配电系统中多采用BRN-10/P型号的喷逐式作为电容器保护专用熔断器。应根据熔断器的时间—电流特性曲线选择电容器保护专用熔断器，合格的熔断器的时间—电流特性曲线应该在被保护电容器外壳爆裂概率曲线的左边，熔断器的额定电压必须高于被保护电容器组的额定电压，熔丝额定电流具体计算方法为：

式中，I为熔丝额定电流；Qc为被保护电容器的额定容量；Ue为被保护电容器额定电压。

2.2 继电保护

目前我国使用的电容器组接线方式主要有三角形和不接地星形。在三角形接线电容器组中，当电容器被击穿而造成短路时，会产生很大的故障电流，很可能造成电容器爆炸事故，并且三角形接线方式的电容器还存在很多缺点，比如，三角形接线电容器没有可靠的保护方式，并且其对单台保护熔断器有很高的性能要求。所以在20世纪80年代后，三角形接线方式逐步被淘汰，多采用星形接线方式，因此本文主要介绍星形接线方式，不再介绍三角形接线方式。单星形接线方式优于双星形接线方式，因为单星形接线电容器组是采用开口三角电压进行保护，保护方式简单可靠并且投资少，灵敏度高，更容易布置，并且单星形接线电容器组没有双星形发生两臂对称故障时不能动作的不足，所以目前使用单星形接线方式的电容器组较多。根据接线方式的不同，继电保护分为以下3种形式：

2.2.1 零序电流保护

零序电流保护主要应用于双星形接线的电容器组。双星形接线的不平衡电流保护整定计算公式为：

2.2.2 零序电压保护

2.2.3 电压差动保护和桥式差电流保护

电压差动保护多用于多段串联的单星电容器组中；桥式差电保护适用于每相都接成4个桥的电容器组。

3 高压并联电容器补偿装置的二次保护

高压并联电容器补偿成套装置的保护包括：谐波保护、失压保护、过电压保护和过电流保护等。

3.1 过电压保护

电容器组在运行过程中对作用在其上的电压是有限制的，一般作用在电容器组上的电压不能超过1.2倍的额定电压，如果电容器组长期在高电压条件下工作可能会击穿电容器组。目前电容器组都装有母线过电压保护装置，目的是防止当母线稳态电压突然升高时，电容器组被击穿现象的发生。电容器组安装的过电压保护装置是带时限动作于信号。

母线过电压保护具体计算公式为：

式中，Udz为保护装置的动作电压；K为电容器组允许的电压与额定电压的比值；Uem为电容器额定电压；A为电容器组每相的感抗与容抗的比值，通常可以根据不同的系统参照表对电容器组中的过电压保护参数进行整定。

例如，在装置中安装有危机保护装置，但是系统中存在很严重的过电压现象，就必须在微机保护装置中参照具体参数表设置过电压保护。该方法已经成熟应用于多项工程中，且实际效果很好。

3.2 失压保护

如果系统发生线路故障而导致电容器组失去电源，而修复故障后又使电容器组的母线带电，此时电容器的端子存在残余电压，且该残余电压高于0.2倍的额定电压，在此条件下，电容器组将承受高于其允许的1.2倍额定电压，从而造成电容器击穿破坏。所以应该增加失压保护装置，且失压保护装置带时限动作于跳闸。

母线失压保护的具体计算公式为：

式中，K为当系统工作正常时出现的最低电压系数，通常取0.3～0.5；Uhm为电容器组的母线电压(V)；n为电容器装置的电压互感变化比。

4 结语

本文所述保护方式已经成功应用于输配电、钢铁、石化等行业用电系统的系统补偿中，并且高压并联电容器补偿成套装置的二次保护已经在实际运行中得到验证是安全可靠的，装有本文讨论的保护系统的电容器组设备运行稳定可靠，没有发生过电容器失火和电容器爆炸等重大危险事故。高压并联电容器补偿装置的二次保护还有待进一步完善和改进。本文所做研究可以为以后对于高压并联电容器补偿装置的二次保护的深入研究提供支持。

[1]王季梅.高压交流熔断器及其应用[M].机械工业出版社，2006

2014-10-31

陈禹志(1987—)，男，重庆人，助理工程师，研究方向：电力保护。