電容器差壓保護和不平衡電壓保護整定

李莉榮

(寧夏銀川供電局，寧夏 銀川 750001)

1 前言

并聯(lián)電容器作為配電網(wǎng)中主要的無功補償手段，對調(diào)整電壓和降低線損起著非常重要的作用。對已配置好的電容器保護進行合理正確地整定，既能保證電容器正常安全運行，又能保證電網(wǎng)經(jīng)濟穩(wěn)定運行。電容器三相差壓保護和不平衡電壓保護反映的都是單星形接線電容器組中電容量不平衡的保護，主要用于保護電容器內(nèi)部故障。當電容器單元里的小元件發(fā)生擊穿或熔絲熔斷后所引起的電壓及電流的變化極其微小，不會引起電壓保護和電流保護動作跳閘，但是其余運行元件所承受的電壓將加大，特別是遇到電網(wǎng)諧波擾動和異常電壓升高將加劇元件故障，隨著故障元件被擊穿隔離，電容量不平衡逐漸加大，所以需要電容量不平衡保護來跳開斷路器，從而達到保護電容器，隔離故障點的作用。以下分別介紹了電容器分相差壓保護和不平衡電壓保護的原理和接線，通過算例分別對兩種不平衡保護方式的整定值問題進行了探討。

2 分相差壓保護

2.1 原理介紹

電容器組的分相電壓差動保護，簡稱差壓保護。是通過檢測同相電容器兩串聯(lián)段之間的電壓，并作比較。設備正常時上、下兩段電容值相等，兩放電線圈一次承受的電壓相同，差壓為零。當某段出現(xiàn)故障時，上、下段電容值將發(fā)生變化，因此就會產(chǎn)生差壓。

如圖1:單星形接線，電容器組每相 (以A相為例)由m并n串組成。當某一元件故障時，由其本身的熔絲熔斷，將該元件切除，而完好的元件仍繼續(xù)運行。當同一并聯(lián)段中因故障切除K個小元件后而使運行元件所承受的端電壓超過允許值時，兩放電線圈的二次出現(xiàn)差壓，當這一差壓超過整定值時，分相差壓保護動作將該相切除，以保證電容器組的安全運行。

圖1 分相差壓保護 (以A相為例)

2.2 保護接線

集合式電容器每相組合為m并n串，將每一相平分為上、下兩段，每段接一放電線圈，兩放電線圈的變比相同，二次線圈反極性串聯(lián)后接入電壓繼電器，即構(gòu)成差壓保護。

這種接線方式不受三相電壓的不平衡和單相接地故障的影響，故障時分相動作。缺點是當某相的兩個串聯(lián)段內(nèi)的電容器同時發(fā)生故障且故障臺數(shù)相同時，不能正確反映，即差壓保護對上下段對稱故障不起保護作用，存在保護死區(qū)。

3 不平衡電壓保護

3.1 原理分析

不平衡電壓保護也反映的是電容器組內(nèi)部的不平衡現(xiàn)象。正常運行時，三相電壓平衡，放電TV開口處電壓為零，當電容器某相內(nèi)部元件損壞，將引起電容器組三相電容不平衡，三相電容器的端電壓將不再對稱，在放電TV的開口處就會出現(xiàn)零序電壓。

3.2 保護接線

不平衡電壓保護無需專用電壓互感器，靈敏度高，但容易受到系統(tǒng)電壓不平衡的影響。

4 算例

4.1 相電壓差動保護

整組容量為6000kvar，單臺容量2000kvar的集合式并聯(lián)電容器，額定電壓，內(nèi)部單元接線方式為2并5串，單元內(nèi)部接線方式為40并，帶內(nèi)熔絲，放電線圈 (3－1W，其分相差壓保護定值計算如下:

已知:m=40，M=2，N=5;kv=1.15;

最大允許切除的小元件數(shù)k

根據(jù)規(guī)程中提供的公式:

取k=12

式中:k—為因故障切除的同一并聯(lián)段中的電容器小元件數(shù)，k=1～m的整數(shù)

kv—為過電壓系數(shù)，kv=1.1～1.15

m—為單臺密集型電容器內(nèi)部各串聯(lián)段并聯(lián)的電容器小元件數(shù)

M—為每相各串聯(lián)段并聯(lián)的電容器臺數(shù)

N—為單臺密集型電容器內(nèi)部的串聯(lián)段數(shù)

繼電器的動作電壓

式中:UEX—為電容器組的額定相電壓

ny—放電線圈變比

動作時間的整定

為了躲開關不同期合閘取0.1～0.2s

4.2 不平衡電壓保護

整組容量6000kvar，單臺容量2000kvar的集合式并聯(lián)電容器，額定電壓，每相組合150并5串，放電線圈二次側(cè)電壓為100V，開口三角保護電壓取自放電線圈，其不平衡電壓保護定值計算如下 (符號意義同上):

已知:m=150，n=5，kv=1.15

(1)最大允許切除的小元件數(shù)k

取k=22

(2)繼電器的動作電壓

(3)動作時間的整定

為了躲開關不同期合閘取0.1～0.2s

5 整定時需要注意的問題

1)電容器組的額定相電壓，不論是差壓保護還是不平衡電壓保護，公式中使用的都是電容器組的額定相電壓，而不是相間電壓，兩者之間相差倍。

2)放電線圈TV變比選錯，二次值的計算，關鍵是選對TV變比，TV變比的大小決定于放電線圈。如4.1中，放電線圈型號為 FDR3C－( 4.8+7.2)/3－1W，應 選 7.2/槡3 kV/100V=41.6，不應選 4.8/100V=27.7，或4.2中的 12/100V=69.3，TV變比選小了，對設備的安全不利，選大了，保護容易誤動。

3)集合式電容器過電壓倍數(shù)kv一般比分散式電容器高，計算時應取規(guī)定范圍的高值。

4)整定不平衡電壓時，應實測開口三角正常運行的不平衡電壓，以滿足設備廠家的要求。

6 結(jié)論

綜上所述，不同廠家的設備，即使整組容量相同，由于其內(nèi)部串并聯(lián)關系不同，接法不同，采用的不平衡保護方式也不同。在沒有現(xiàn)場實測值的情況下，通常采用15V，0.2s的經(jīng)驗值。這在電容器運行中存在安全隱患，即有些情況，要么定值偏大起不到保護電容器作用;要么定值偏小，運行中保護經(jīng)常誤動，電容器不能正常投入。因此，除了參考廠家提供的差壓或不平衡電壓定值外，還必須弄清楚電容器內(nèi)部串并聯(lián)關系，對照規(guī)計算公式及適用條件進行計算整定。

［1］DL/T584－2007.3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程 ［S］.

［2］B50227—1995并聯(lián)電容器裝置設計規(guī)范［S］.

［3］國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護培訓教材 ［Z］.