楊堆元

（天津機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300131）

電力系統(tǒng)中的工業(yè)負(fù)荷及民用負(fù)荷，大多數(shù)為感性負(fù)荷。感性負(fù)荷的弊端是消耗著大量的無功功率，而補(bǔ)償無功功率的途徑有兩條：一是由供電系統(tǒng)直接補(bǔ)償，但是這將增加輸電線路和變壓器損耗，降低系統(tǒng)的使用效率；二是用電力電容器補(bǔ)償。35KV配電網(wǎng)遠(yuǎn)離發(fā)電廠，故一般選用第二條途徑，即電力電容器補(bǔ)償，其方式分別為35kv變電站高壓集中補(bǔ)償（方式1）、10kv高壓集中補(bǔ)償（方式2）、低壓集中補(bǔ)償（方式3）、用戶終端分散補(bǔ)償（方式4）等，如圖1所示。運(yùn)行中的電容器會(huì)出現(xiàn)故障，以下就35KV電力電容器組故障及其保護(hù)加以論述。

圖1 間接補(bǔ)償常用方式

一、電力電容器內(nèi)部故障

（一）電容器故障的類型

電容器故障分為以下幾種類型：（1）電容器內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)處出現(xiàn)連續(xù)擊穿；（2）母線電壓升高，造成電容器內(nèi)部擊穿；（3）個(gè)別電容器切除后引起的諧振過電壓，造成電容器內(nèi)部擊穿；（4）絕緣損壞造成某一相接地；（5）引線、套管相間短路。

（二）工廠電容器內(nèi)部爆炸故障排除

盡管電容器質(zhì)量在不斷的提高，運(yùn)行故障率不斷下降，但電容器的保護(hù)仍然是我們的主要目的。

實(shí)例1：在中性點(diǎn)不直接接地的電力系統(tǒng)中，單相接地是常見的故障之一。一天，電氣控制室光字牌發(fā)出“6KV母線接地”、“3發(fā)電機(jī)定子接地信號(hào)”。按運(yùn)行規(guī)程對(duì)各饋線出線檢查處理，均未找到接地點(diǎn)。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，三相對(duì)地電壓分別為Uad＝1．0KV、Ubd＝5．4KV、Ucd＝5．0KV（標(biāo)準(zhǔn)為3．64KV），為A相不完全接地有可能為發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部接地或電壓電容器熔絲熔斷。經(jīng)過對(duì)各6KV高壓熔斷器的熔絲檢查，發(fā)現(xiàn)高壓電容器熔絲熔斷（該廠的高壓電容器是與避雷器相配合的防護(hù)型電容器，選用YY6．3系列）。經(jīng)更換熔芯，接地信號(hào)消失，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

實(shí)例2：該廠35KV總變電站原有一臺(tái)SF7－8000／35主變更換成SF7－10000／35主變。一天，由35KV側(cè)送電時(shí)，光字牌發(fā)出“6KV母線接地”信號(hào)，對(duì)電壓互感器開口三角檢查，電壓達(dá)到70V，而絕緣監(jiān)察指示，三相電壓又是基本對(duì)稱。由于原來的8000KVA變壓器是在用設(shè)備，僅更換了變壓器及高低壓母排，二次回路接線未動(dòng)，只進(jìn)行了保護(hù)定值校驗(yàn)試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)主變帶6KV母排為空載，對(duì)可能接地開關(guān)、刀閘、避雷器及二次系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并測(cè)6KV母排絕緣，未找到原因，最好通過6KV倒充電，沒有出現(xiàn)接地信號(hào)，系統(tǒng)投入正常運(yùn)行。

實(shí)例1、實(shí)例2事故原因分析：這兩起誤發(fā)接地信號(hào)故障都是由于三相電容不平衡引發(fā)的。實(shí)例2中，A相電容器熔絲熔斷后，造成三相電容不平衡；實(shí)例3中，變壓器空載運(yùn)行時(shí)，6KV側(cè)線圈及所帶母線橋由于長短不一，三相對(duì)地電容不平衡相對(duì)值較大，中性點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生漂移。而在整定零序電壓保護(hù)的動(dòng)作電壓時(shí)，為了提高保護(hù)靈敏度，縮小保護(hù)死區(qū)，一般按普通電磁型電壓繼電器的最小動(dòng)作電壓15V整定（開口三角二次有漂移，很容易誤發(fā)接地信號(hào)）。變壓器帶負(fù)荷后，三相對(duì)地電容主要由電力線路決定，母線電容處于次要地位，電壓漂移就不明顯了。

實(shí)例3：工廠變電站發(fā)生的一起35KV補(bǔ)償電容器爆炸起火事故，該站電容器為單星型接線，設(shè)置了過流、過壓及失壓保護(hù)環(huán)節(jié)，還裝設(shè)了保護(hù)單臺(tái)電容器的專用噴逐式熔斷器。但是沒有配置合理、完善的電容器組內(nèi)部保護(hù)環(huán)節(jié)，噴逐式熔斷器熔斷時(shí)，不能使電容器組保護(hù)斷路器及時(shí)分?jǐn)啵螽?dāng)發(fā)生線路單相接地時(shí)，引起電容器爆炸起火。

具體情節(jié)如下：電容器組保護(hù)熔斷器熔斷后，負(fù)載側(cè)熔絲尾線掛在了電容器外殼上不會(huì)使電容器帶電。但故障后幾分鐘，該站一條35KV出線斷線后，搭在線路變壓器接地金屬臺(tái)架上，造成中性點(diǎn)對(duì)地電弧接地過電壓可能達(dá)5倍的相電壓。此過電壓通過中性點(diǎn)、接地電容器外殼和熔斷了的熔體尾線直接加到該電容器，致使電容器內(nèi)部元件過電壓擊穿，并引起爆炸起火。

實(shí)例3原因分析：經(jīng)廠家技術(shù)人員和工廠電工共同分析：為了線路運(yùn)行安全，在高壓電容器保護(hù)中除了應(yīng)配置內(nèi)部熔斷器保護(hù)方式外還應(yīng)配置合理、完善的其它內(nèi)部保護(hù)方式，利于熔斷器熔斷后，尾線搭掛至電容器外殼或單相接地時(shí)，均能使電容器組斷路器及時(shí)分?jǐn)?，退出電容器組運(yùn)行，避免事故的擴(kuò)大。

二、內(nèi)部故障保護(hù)方式

減少和避免電容器的爆裂是大家關(guān)心的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題，設(shè)法達(dá)到這個(gè)目的又是科研、制造、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等各部門的共同任務(wù)。電容器因其內(nèi)部故障而損壞是難以避免的。因此在使用電容器的同時(shí)，必須采取相應(yīng)的可靠保護(hù)措施。一旦發(fā)生內(nèi)部故障，保護(hù)裝置應(yīng)迅速動(dòng)作，將故障電容器退出電網(wǎng)，防止箱殼爆裂。

目前廣泛采用繼電保護(hù)和熔斷器保護(hù)兩種方式來對(duì)付電容器的內(nèi)部故障。但就保護(hù)效果來看，對(duì)于防止電容器內(nèi)部元件擊穿后引起的箱殼爆裂事故，則熔斷器的保護(hù)方式比較有效和可靠。熔斷器保護(hù)又可分為單臺(tái)熔斷器保護(hù)（即用一臺(tái)熔斷器單獨(dú)保護(hù)一臺(tái)電容器）和分組熔斷器保護(hù)（即用一臺(tái)熔斷器保護(hù)幾臺(tái)電容器）兩種。

電力電容器運(yùn)行中發(fā)生損壞故障，既有電容器本身的質(zhì)量原因，也有其配置的保護(hù)方式不合理、不完善的原因。在35kv變電站高壓集中補(bǔ)償中，為減少因電容器內(nèi)部故障而導(dǎo)致事故蔓延，發(fā)生“群爆”現(xiàn)象，需要分別對(duì)熔斷器保護(hù)、零序電壓保護(hù)、電壓差動(dòng)保護(hù)、雙星形聯(lián)結(jié)的電容器組保護(hù)方式論述如下。

（一）熔斷器保護(hù)

熔斷器的保護(hù)是為了在某個(gè)電容器造成局部擊穿時(shí)，熔斷器能切斷并隔離故障元件，保證其他完好元件的繼續(xù)正常運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是：熔斷器安裝簡(jiǎn)單，選擇性好，故障后可以直接找到故障電容器；熔斷器熔斷時(shí)間一般只需幾毫秒，加上燃弧時(shí)間最多在20ms內(nèi)即可切斷短路電流，能防止電容器故障擴(kuò)大。缺點(diǎn)是：熔斷器保護(hù)熔斷器熔斷時(shí)不能使斷路器分?jǐn)?。所以在高壓電容器保護(hù)中一般都與其他內(nèi)部保護(hù)方式相配合使用，以保證可靠動(dòng)作。

（二）零序電壓保護(hù)

零序電壓保護(hù)如圖2所示，通過電壓互感器開口三角形獲得零序電壓，電壓互感器一次繞組作為電容器C放電線圈。當(dāng)電容器組中內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電容器組三相電容將不對(duì)稱，導(dǎo)致容抗不相等，在開口三角處會(huì)出現(xiàn)零序電壓。當(dāng)電容器電壓長期超過1．1倍額定電壓時(shí)，零序電壓大于整定值，出于保護(hù)電容器的需要，斷路器將及時(shí)分?jǐn)?，防止其他電容器的損壞。

零序電壓保護(hù)（開口三角形不平衡電壓保護(hù)）由于其本質(zhì)的原因易受系統(tǒng)影響，如電壓的波動(dòng)、閃變、電網(wǎng)相間電壓不平衡（特別是線路故障）等可能產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)作。因此，零序電壓保護(hù)一般不用于35KV電網(wǎng)等級(jí)，而常用于10KV電網(wǎng)等級(jí)。

（三）電壓差動(dòng)保護(hù)

電壓差動(dòng)保護(hù)如圖3所示，電容器組為單星形聯(lián)結(jié)，每相為兩組電容器組串聯(lián)組成，采用電壓差動(dòng)保護(hù)方式。圖中只畫出C相TV接線，其他兩相相似。TV的一次繞組兼作電容器組的放電回路，TV二次繞組接成壓差式及反極性相串聯(lián)。正常運(yùn)行時(shí)，Xc1＝Xc2，壓差為零；當(dāng)電容器C1或C2中有多臺(tái)電容器損壞時(shí)，Xc1≠Xc2，壓差接線的二次繞組中出現(xiàn)Uunb，Uunb＞Uset，保護(hù)動(dòng)作。

圖2 零序電壓保護(hù)

圖3 電壓差動(dòng)保護(hù)

電壓差動(dòng)保護(hù)一般用于每相有兩個(gè)串段的電容器組，一次線圈分別接電容器的兩串段，二次線圈按差動(dòng)聯(lián)接。優(yōu)點(diǎn)是：不受三相電壓不平衡和單相接地故障影響。缺點(diǎn)是：當(dāng)某相兩個(gè)串段內(nèi)的電容器同時(shí)發(fā)生故障且故障臺(tái)數(shù)相同時(shí)，不能正確反映。故在35KV電網(wǎng)等級(jí)上，對(duì)于容量較小的電容器組，可采用以相電壓差動(dòng)方式保護(hù)的單星形接線。

（四）雙星形聯(lián)結(jié)的電容器組保護(hù)（中性線不平衡電流保護(hù)）

雙星形聯(lián)結(jié)的電容器組保護(hù)如圖4所示，采用不平衡電流保護(hù)方式，圖中TA是測(cè)量中性線不平衡電流的零序電流互感器，當(dāng)同相的兩電容器組C1或C2中發(fā)生多臺(tái)電容器故障時(shí)，Xc1≠Xc2，使得中性線上流過不平衡電流Iunb，當(dāng)Iunb＞Iset，保護(hù)動(dòng)作。

圖4 雙星型聯(lián)接的電容器組保護(hù)

該保護(hù)不受三相電壓不平衡和諧波的影響，靈敏度較高。在正常情況下，兩星形中性點(diǎn)之間無電流流過。當(dāng)任一臺(tái)電容器內(nèi)部串聯(lián)元件被擊穿時(shí)，中性點(diǎn)間流過不平衡電流，當(dāng)Iunb＞Iset，保護(hù)動(dòng)作。廣泛應(yīng)用于35KV容量較大的電容器組保護(hù)中。

雙星型聯(lián)結(jié)的電容器組采用不平衡電壓保護(hù)時(shí)，可用TV改換TA。即將TV一次繞組串接在中性線中，當(dāng)某電容器組發(fā)生多臺(tái)電容器故障時(shí)，故障電容器組所在星型的中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生不平衡電壓。當(dāng)Uunb＞Uset時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。

總之，隨著我國高壓配電網(wǎng)無功補(bǔ)償需求的增大，作為電力系統(tǒng)中最常用的無功補(bǔ)償設(shè)備電力電容器的使用率也大量增加。合理配置電容器保護(hù)裝置，保證電容器安全運(yùn)行越顯尤為。

［1］郭光榮，李斌．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］．北京：高等教育出版社，2007．

［2］王永紅等．500KV變電站并聯(lián)電容器組保護(hù)整定的若干問題［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，（08）．

［3］張雄偉．并聯(lián)電力電容器保護(hù)［J］．電力電容器與無功補(bǔ)償，2008，（06）．