變電站電容器組不平衡電壓值的探討

黃志華，唐明，沈竹，劉瑩

（湖州電力局，浙江湖州313000）

變電站電容器組不平衡電壓值的探討

黃志華，唐明，沈竹，劉瑩

（湖州電力局，浙江湖州313000）

針對一次電容器組差壓保護(hù)帶負(fù)荷試驗的異常情況，從電容器不平衡電壓保護(hù)的基本原理入手，通過對比分析整定計算工程應(yīng)用公式和一次系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，對可能造成電容器差壓保護(hù)誤動、誤整定的異常情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合工作實際提出了加強(qiáng)電容器組不平衡電壓保護(hù)運(yùn)維管理工作的建議。

電容器；差壓保護(hù)；不平衡電壓

隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對電能質(zhì)量的要求也越來越高，因此作為調(diào)節(jié)電壓重要設(shè)備的電容器組的安全可靠運(yùn)行就顯得日益重要。近年來，電容器組在日常運(yùn)行中故障時有發(fā)生，98%都是電容器本體故障引起熔絲熔斷造成不平衡電壓保護(hù)動作。

然而，目前電容器組全部為成套柜密集型安裝模式，電容器組的接線復(fù)雜且不直觀，使用的放電壓變型號和變比不統(tǒng)一，因接線方式、變比判斷、參數(shù)使用的錯誤，極易導(dǎo)致保護(hù)整定值錯誤，嚴(yán)重影響電容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，加強(qiáng)電容器組不平衡電壓保護(hù)管理就顯得尤為重要。

1 一次電容器差壓異?，F(xiàn)象分析

某500 kV變電站35 kV電容器額定容量3× 4×5×100 kvar，在投產(chǎn)過程中，進(jìn)行差壓帶負(fù)荷試驗，拆除1只電容器測差壓時，發(fā)現(xiàn)試驗實測值遠(yuǎn)大于整定計算理論值，差壓實測和計算數(shù)據(jù)參見表1?，F(xiàn)場對電容器本體、電容器熔絲、一次接線、二次回路接線、放電壓變都進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，未發(fā)現(xiàn)任何異常。

核對投產(chǎn)前各項試驗數(shù)據(jù)、試驗方法無誤，正常運(yùn)行時干擾電壓實測值也在正常范圍內(nèi)，但是1只電容器故障后的整定計算理論差壓值為6 V，而拆除1只電容器實測差壓值卻達(dá)到11 V，接近2倍，顯然不是干擾或誤差引起。

現(xiàn)場查閱電容量檢查報告，單只電容器的額定電容量30 μF左右，單只電容器的實測電容量與額定電容量的最大誤差小于1.97%，符合規(guī)范要求。

電容器組不平衡電壓保護(hù)有2種接線方式，一種為開口三角電壓保護(hù)，另一種為差壓保護(hù)。為尋找試驗實測值遠(yuǎn)大于整定計算理論值的原因，著手分析整定計算工程公式中的參數(shù)與現(xiàn)場實際接線參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

2 開口三角不平衡電壓分析

開口三角電壓保護(hù)接線為單一電容器并聯(lián)后再串聯(lián)，取三相電壓首尾相接合成零序電壓，電容器組接線見圖1，放電壓變接線見圖2。

根據(jù)開口三角電壓（見圖1、圖2）的接線，由簡單電路原理[1]可知不平衡電壓的計算公式為：

即：

假設(shè)此電容器組的組成為3×n×m（n為每相電容器組內(nèi)部串聯(lián)段數(shù)，m為各串聯(lián)段中并聯(lián)的電容器個數(shù)），當(dāng)其中A相一并聯(lián)段中故障電容器的數(shù)量為k只時，根據(jù)節(jié)點電流原理有：

即：

根據(jù)式（1）和式（2）有：

由上述推導(dǎo)可見，其結(jié)論與DL/T 584-95《3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》[2]中的工程應(yīng)用公式完全一致。

3 電壓差動原理分析

差壓保護(hù)（電壓差動原理）接線為單一電容器并聯(lián)后再串聯(lián)組成，但串聯(lián)段數(shù)為偶數(shù)，取故障相的故障段與非故障段的電壓差作為不平衡電壓保護(hù)的動作電壓，電容器組接線見圖3，放電壓變接線見圖4。

根據(jù)差壓保護(hù)（見圖3、圖4）的接線，可知不平衡電壓的計算公式為：

假設(shè)此電容器組的組成為3×n×m（n為每相電容器組內(nèi)部串聯(lián)段數(shù)，m為各串聯(lián)段中并聯(lián)的電容器個數(shù)），當(dāng)其中一并聯(lián)段中故障電容器的數(shù)量為k只時，根據(jù)節(jié)點電流原理有：

即：

根據(jù)式（4）和式（5）有：

將式（5）代入上述公式有：

可見，上述推導(dǎo)出的公式與整定規(guī)程（DL/T 584-95）中的工程應(yīng)用公式結(jié)構(gòu)上完全一致。

但是，仔細(xì)對比發(fā)現(xiàn)式（6）中的UA為母線額定相電壓，而差壓保護(hù)中使用的是放電壓變的參數(shù)，在圖4接線方式下，放電壓變的的額定電壓UE與母線電壓UA是不相等的（圖2接線方式下UE與UA是相等的），根據(jù)放電壓變變比折算到二次輸出額定值有：

有上推導(dǎo)可見，在圖4接線方式下的式（7）與圖1接線方式下的式（3）相同。但是，在圖4接線方式下，放電壓變的額定電壓UE與母線電壓UA是不相等的，因此在用放電壓變二次輸出額定電壓Ue進(jìn)行計算時，會產(chǎn)生一個的UA/UE系數(shù)。據(jù)此分析，這一系數(shù)的存在是試驗實測值遠(yuǎn)大于整定計算理論值的原因。

4 整定計算和實測驗證

根據(jù)上述分析，查閱現(xiàn)場按照圖4接線的放電壓變實際變比為（20.8//0.1，母線電壓為35 kV，按照式（7）計算，損壞1只電容器所產(chǎn)生的不平衡電壓為：

與實測數(shù)據(jù)一致。

為了進(jìn)一步驗證差壓數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場電容器組的實測參數(shù)進(jìn)行模擬仿真，電容器組為5只并聯(lián)后4只串聯(lián)，接線見圖5，實測參數(shù)見表2。

根據(jù)上述實測值進(jìn)行模擬計算，差壓值為12.5 V，與實測值11 V相近。

5 結(jié)論

由于電容器組不平衡電壓的大小與電容器的特性、安裝的場地和接線方式都有關(guān)系，因此為確保整定值符合現(xiàn)場要求，保證電容器安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出以下建議。

（1）規(guī)范設(shè)備參數(shù)和工程計算公式的使用。根據(jù)上述分析發(fā)現(xiàn)，整定計算不僅需要掌握電容器接線形式、容量、放電壓變的二次額定電壓，還需要掌握放電壓變的接線形式[3]（即差壓的二次接線原理）、放電壓變的一次電壓和變比，采用工程應(yīng)用公式計算時，特別要注意現(xiàn)場參數(shù)與公式參數(shù)的關(guān)系。

（2）由于電容器不平衡電壓保護(hù)帶負(fù)荷試驗復(fù)雜，需要先測試電容器組正常運(yùn)行時的不平衡電壓，再將電容器組改檢修，拆除1只電容器后，退出不平衡電壓保護(hù)，送電后再次測試差壓的輸出，如果整定為2只電容器故障后可靠跳閘，則需要繼續(xù)測試。近年來，有些試驗人員嫌試驗過程復(fù)雜，已經(jīng)取消電容器不平衡電壓帶負(fù)荷試驗，僅僅測試正常運(yùn)行時的不平衡電壓，這是不允許的。應(yīng)規(guī)范電容器不平衡電壓保護(hù)帶負(fù)荷試驗流程，在進(jìn)行保護(hù)整定時也必須根據(jù)實測值與理論計算值進(jìn)行校核。

（3）由于電容器生產(chǎn)廠家眾多，部分廠家產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，電容器特性不穩(wěn)定，理論計算的不平衡電壓與實際產(chǎn)生的不平衡電壓相差較大，給電容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患，應(yīng)提高電容器組和放電壓變本體的制造質(zhì)量，確保運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性。

[1]黃永春.電工基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]電力系統(tǒng)繼電保護(hù)整定匯編：3～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2008.

[3]盛國釗，倪學(xué)峰.高壓并聯(lián)電容器組不平衡保護(hù)計算中遇到的新問題[J].無功補(bǔ)償，2007（1）:33-50.

（本文編輯：楊勇）

Discussion on Magnitude of Unbalanced Voltage of Capacitor Bank in Substations

HUANG Zhi hua，TANG Ming，SHEN Zhu，LIU Ying
（Huzhou Electric Power Bureau，Huzhou Zhejiang 313000，China）

Aiming at the abnormal circumstance of load test on differential protection of capacitor bank,the paper starts from the basic principle of unbalance voltage protection and conducts a detailed analysis on abnormalities that potentially cause maloperation and missetting of differential pressure protection of the capacitor by comparing and analyzing the coincidence relation between setting and calculation of technical application formula and parameters of primary system equipment.The paper finally suggests strengthening the operation and maintenance of unbalanced voltage protection of capacitor bank combining the work practice.

capacitor；differential pressure protection；unbalanced voltage

TM772

：B

：1007-1881（2013）11-0066-04

2013-08-13

黃志華（1979-），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動化工作。