淺析10kV電容器保護及其控制回路

深圳供電局變電一所 何茂欽

淺析10kV電容器保護及其控制回路

深圳供電局變電一所 何茂欽

在電網(wǎng)中電容器是廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的無功補償設(shè)備。一般為電容器配置的保護有熔斷器保護、電流保護、電壓保護、零壓保護和不平衡保護等五大類型。電容器接線方式則常為單Y和雙Y兩種。我局變電一部東湖變電站所配置的10kV電容器采取雙Y型接線方式，并配以南瑞繼保的RCS-9631保護裝置。本文結(jié)合其介紹了電容器各保護類型的特點，隨后選取RCS-9631保護中的低電壓保護闡述其二次回路原理，最后簡述了電容器故障處理的注意事項等內(nèi)容。

高次諧波；電容器；不平衡保護；二次回路

引言

電力電容器安裝簡單，造價經(jīng)濟，維護方便，能大量提供無功容量。電力電容器還可以提高功率因數(shù)、降低線路和輸變電設(shè)備的損耗、改善受端電壓質(zhì)量以及提高輸送功率。故電力電容器被廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)。電容器安全可靠地運行，對電力系統(tǒng)意義重大。電容器一般配置在低電壓等級的母線上，在我局以10kV母線配置為主。本文旨在介紹10kV電容器的主要保護配置及其二次原理部分，最后簡略說明電容器的故障處理原則及方法。

1 電容器保護的種類

電容器的故障和不正常運行情況如下：

(1)電容器組與斷路器之間連接線以及電容器組內(nèi)部連線上的相間短路故障和接地故障；

(2)在電容器運行過程中，電容器的內(nèi)部之間出現(xiàn)極間短路或是電容器組中出現(xiàn)電容器故障等現(xiàn)象，將會引發(fā)電容器組的故障；

(3)在人們生活水平不斷提高的情況下，用電量以及用電負(fù)荷的不斷增加，也將給電容器組造成過負(fù)荷故障，從而影響到電容器的正常運行；

(4)一般情況下，電容器在正常運行時，都應(yīng)根據(jù)實際的電力系統(tǒng)運行情況，來對其進行電壓的控制，確保電壓在一定的規(guī)范內(nèi)運行，而一旦電壓超出設(shè)定的范圍，電容器組供電電壓升高將會給電容器的正常運行造成極大的影響；

(5)電容器作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在日常運行過程中，經(jīng)常會受到內(nèi)部或外部因素的影響而出現(xiàn)電容器組失壓的故障，從而影響到電容器的正常運營。

以上所提到的幾方面故障是10kv電容器在運行過程中經(jīng)常發(fā)生的故障，針對這些故障主要采用安裝電抗器的方式來消減電容器運行過程中潛在的一些不利因素，同時，也可以通過對電容器組配備相應(yīng)的保護措施，以此來避免或降低電容器的故障發(fā)生，主要從熔斷器保護、電壓保護、零壓保護、不平衡保護、電流保護等幾方面保護措施進行。另外，隨著生產(chǎn)廠家的不同，還可以有電容器的自投切和非電量保護。

圖1 東湖變電站10kV電容器電氣接線圖

1.1 串聯(lián)電抗器

電抗器是對電容器實施保護的主要元件，而且，就現(xiàn)階段電力系統(tǒng)來分析，電抗器也被廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，可以有效的抑制高次諧波。將電抗器應(yīng)用到電容器中，如以上圖1所示，將電容器組的每相都串聯(lián)一個電抗器，這樣在電力系統(tǒng)運行的過程中，電抗器就可以充分的發(fā)揮出抑制諧波的作用，高次諧波的減少也將降低電容器的故障發(fā)生率，確保電容器運行的安全性、可靠性。另外，在電容器投入時一旦產(chǎn)生較大的涌流，將會導(dǎo)致二次保護裝置出現(xiàn)誤動作的現(xiàn)象，而在串聯(lián)電抗器之后，可以有效的抑制涌流，不僅對電容器的運行起到保護的作用，同時對防治保護裝置誤動作也有著極大的作用。

1.2 熔斷器保護

熔斷器被廣泛的應(yīng)用到電力系統(tǒng)中，主要是在電力系統(tǒng)運行的過程中，如果某些元件過熱或是出現(xiàn)游離而造成局部擊穿的情況下，熔斷器將會發(fā)生熔斷來隔斷故障元件并對其進行隔離，從而保證電力系統(tǒng)中的其他元件能夠正常的運行，避免被故障元件所影響。熔斷器在安裝過程中較為簡單，而且熔斷器的選擇較為廣泛，一般情況下，在故障發(fā)生的情況下通過對熔斷器保護動作的分析，可以直接查找到故障的熔斷器，這樣更便于對電力系統(tǒng)進行維修。另外，通過大量的實踐證明，在使用熔斷器時，熔斷時間僅僅需要幾毫秒，能夠有效的防止電容器的故障擴大，從而避免了電力系統(tǒng)出現(xiàn)的損失。

1.3 電流保護

電容器故障會威脅到整個電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量，因此在電容器運行的過程中，必須要做好電容器的保護工作，避免電容器出現(xiàn)運行故障。電流保護作為電容器運行保護的關(guān)鍵手段，主要是通過在微機中加裝過電流保護、限時電流速斷保護等保護措施，這樣在電容器發(fā)生相間短路故障或是接地短路等故障時，相應(yīng)的保護裝置能夠快速動作，及時切除電容器，從而保證電容器運行的可靠性、安全性。另外，在電流保護實施的過程，應(yīng)考慮到涌流過大的問題，為了避免涌流過大而對系統(tǒng)造成影響，尤其是電流定值較小的情況下，可以通過延時01-0.2秒來對保護動作進行選擇，從而保證電容器運行的安全性、可靠性。

1.4 不平衡保護

除了以上所提到的集中電容器保護措施之外，還可以通過不平衡的保護方式來對電容器設(shè)備實施保護。就現(xiàn)階段不平衡保護來說，主要分為單星形接法和雙星形接法兩種，其中的單星形接法主要是采用差壓保護（如圖1所示）；而雙星形接法主要采用的是差流保護。當(dāng)一相的上下兩段電壓差大過整定值時候，保護動作于開關(guān)跳閘。差流保護將兩星形中點間的差流作為起動依據(jù)。正常情況下，電容器組對稱運行，沒有差流出現(xiàn)。而在某相一臂中出現(xiàn)擊穿或切除整臺電容器時，差流將大于整定值，起動保護跳閘。接法和實現(xiàn)雖不同于差壓保護，但其出發(fā)點是一樣的。都是為了保證在可承受的異常情況下，切除故障元件后，讓其余健全電容器能繼續(xù)運行。

2 電容器二次回路

2.1 電壓電流部分

電容器保護的二次回路主要包括電流回路、電壓回路、控制回路、信號回路和閉鎖回路。其中電流、電壓回路屬于交流回路，回路中的電流、電壓量分別來自對應(yīng)的電流、電壓互感器的二次側(cè)。而控制回路、信號回路和閉鎖回路屬于直流回路，其直流電源均來自保護室內(nèi)的直流饋線屏。下面將通過南瑞繼保電容器保護RCS-9631C中的低電壓保護來介紹其電壓回路、控制回路及其閉鎖。

電壓回路：

為防止系統(tǒng)故障后線路斷開，引起電容器失去電源，而線路重合又使母線帶電，使電容器承受合閘過電壓而損壞，裝置中設(shè)置經(jīng)投低電壓保護開入控制的低電壓保護。低電壓保護可以經(jīng)整定控制字選擇是否經(jīng)電流閉鎖，以防止PT斷線造成低電壓保護誤動。

如圖2中，電容器的保護RCS-9631C裝置由端子101～4獲得A，B，C三相電壓和中性點電壓。外部電壓輸入經(jīng)隔離互感器隔離變換后，由低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，CPU經(jīng)采樣數(shù)字處理后，進行計算。

圖2 電容器二次電壓回路

圖3 電容器低電壓保護邏輯圖

圖3中，LB指低電壓電流閉鎖投入；DY指低電壓保護投入的軟壓板（硬壓板狀態(tài)、軟壓板狀態(tài)、控制字狀態(tài)均為“1”，才投入相應(yīng)保護元件）；tdy指低電壓保護跳閘延時；BTJ指保護跳閘接點。此圖可以看出，保護動作由4個條件相與而來：

(1)低電壓保護的軟壓板“DY”、硬壓板“投電壓保護”要同時投入，跳閘接點才可能收到正脈沖；

(2)三個線電壓要同時低于整定值，保護才可能動作。這是為了防止所接PT的二次空開誤跳造成PT失壓時誤動；

(3)線路已經(jīng)是合閘狀態(tài)；

(4)線路開關(guān)已經(jīng)斷開，三相電路均為零。即經(jīng)電流閉鎖，以防止PT斷線造成低電壓保護誤動。

2.2 控制回路部分

圖4 RCS-9631電容器保護的控制回路

下圖4中，端子403為遙控正電源輸入220V+（110V+）。端子416為保護跳閘出口，出口繼電器的另一端已固定聯(lián)結(jié)控制電源220V+（110V+）。以上條件滿足后，跳閘回路導(dǎo)通，跳閘脈沖經(jīng)過出口繼電器和出口壓板1LP1。跳閘脈沖延圖4中綠色箭頭回路傳播，傳經(jīng)跳閘保持繼電器TBJ時，使其勵磁而閉合跳閘保持繼電器常開觸點TBJ，從而導(dǎo)通了圖示綠色箭頭所示的跳閘回路，使得跳閘線圈TQ帶電，動作于跳閘。電容器保護合閘回路則如圖4中黃色箭頭所示，其合閘過程與保護跳閘過程類似，不再贅述。另外，就地分合閘于保護分合閘的不同之處就是，就地分合閘是將轉(zhuǎn)換開關(guān)把手1QK打至就地位置，使其①、②節(jié)點導(dǎo)通，然后通過按手分TA、手合HA按鈕來發(fā)出跳合閘脈沖的。

控制回路時其合閘回路里有防跳接點、中間繼電器輔助接點、地刀接點、網(wǎng)門接點、開關(guān)機構(gòu)儲能行程接點和開關(guān)輔助接點等。因此從控制回路圖中可以看出其合閘回路導(dǎo)通條件為：有合閘脈沖、無跳閘信號、網(wǎng)門關(guān)閉、地刀拉開、開關(guān)機構(gòu)儲能、開關(guān)為分閘。只有這些條件都滿足，合閘線圈HQ才會動作于合閘。另外，我局規(guī)定電容器在開關(guān)跳開后，會經(jīng)一個20分鐘的合閘閉鎖，以防止電容器的頻繁投切。跳閘回路里有開關(guān)機構(gòu)行程接點，當(dāng)有分閘脈沖時，只要開關(guān)為合閘狀態(tài)且機構(gòu)行程符合要求，即接通跳閘回路動作于跳閘。跳閘回路相對簡單，沒有太多的閉鎖是因為電力系統(tǒng)中對跳閘的可靠性要求很高，一旦開關(guān)拒動，就需要由下一級保護動作切除故障，將會使故障范圍擴大。

3 結(jié)語

10kV并聯(lián)補償電容器對電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行起著重要作用。本文簡要介紹了電容器常用幾種保護類型的特點，并以南瑞繼保RCS9631中的低電壓保護為例闡述保護動作在二次回路的實現(xiàn)過程。在今后的工作中，我將進一步學(xué)習(xí)研究，繼續(xù)增強自己的業(yè)務(wù)水平，以獲得持續(xù)不斷的進步。

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