陳禹志

(國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償成套裝置的二次保護(hù)

陳禹志

(國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000)

從高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置二次保護(hù)的重要性入手，詳細(xì)介紹了電容器組的保護(hù)形式，探討了高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的過(guò)電壓保護(hù)和失壓保護(hù)。

高壓并聯(lián)電容器；補(bǔ)償裝置；熔斷器；繼電保護(hù)

0 引言

近年來(lái)，隨著用電量的日益增加，供電系統(tǒng)常常出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，其中一個(gè)主要原因是供電系統(tǒng)發(fā)生故障率高，容易造成電能浪費(fèi)，降低輸配電效率，電網(wǎng)系統(tǒng)中，主要是高壓電容器組發(fā)生故障較多，這就要求對(duì)其進(jìn)行更全面的保護(hù)。目前，我國(guó)電網(wǎng)中多采用并聯(lián)電容器組作為補(bǔ)償裝置。為了提高輸配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量并降低無(wú)功損耗，無(wú)功功率補(bǔ)償是應(yīng)用最為廣泛的補(bǔ)償方式。傳統(tǒng)的電容器補(bǔ)償裝置保護(hù)措施不夠完善，一般只有內(nèi)部故障保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，但是沒(méi)有設(shè)置多次電容器爆炸和電容器組起火方面的保護(hù)措施。多起電容器爆炸和電容器組起火事故的發(fā)生，證明必須要對(duì)電容器補(bǔ)償裝置進(jìn)行二次保護(hù)，以保證高壓電容器能夠穩(wěn)定可靠的工作。隨著科技的進(jìn)步，相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員也越來(lái)越重視高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的二次保護(hù)。下文對(duì)此展開(kāi)討論。

1 高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置二次保護(hù)的重要性

高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的主要組成部分有高壓開(kāi)關(guān)柜、并聯(lián)電容器及其支架、串聯(lián)電抗器、接地開(kāi)關(guān)、單臺(tái)電容器保護(hù)專(zhuān)用熔斷器等。并聯(lián)補(bǔ)償裝置的主要功能元件包括并聯(lián)電容器和與其串聯(lián)的電抗器。在并聯(lián)補(bǔ)償裝置中，將電抗器串聯(lián)到電容器中，主要目的是當(dāng)某些特定諧波通過(guò)時(shí)，可以形成一個(gè)高阻抗通路，該高阻抗通路可以使電容器避免諧波帶來(lái)的危害，保證電容器始終在完全的工頻電流條件下工作，或者僅允許少部分諧波電流流入，防止電容器超載，避免事故發(fā)生。傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償方式安全性差、效率低，所以必須要設(shè)計(jì)針對(duì)不同形式負(fù)載條件的高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償成套裝置對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，并且隨著用電量的增加和用電電壓的提高必須要設(shè)計(jì)電容器補(bǔ)償裝置的二次保護(hù)，保證整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)可以安全可靠的運(yùn)行。

2 電容器組的保護(hù)

電容器組的保護(hù)方式有多種，通常包括繼電保護(hù)、內(nèi)部熔絲保護(hù)和外部熔絲保護(hù)等。一旦電容器內(nèi)部發(fā)生故障，繼電保護(hù)和外部熔絲保護(hù)共同作用，防止電容器發(fā)生爆炸。進(jìn)口電容器組和有內(nèi)部熔絲的并聯(lián)電容器多采用內(nèi)部熔絲作為電容器的內(nèi)部保護(hù)。下面介紹外部熔絲保護(hù)和繼電保護(hù)的具體形式。

2.1 外部熔絲保護(hù)

當(dāng)單臺(tái)電容器內(nèi)部發(fā)生絕緣損壞時(shí)，很容易產(chǎn)生極間的短路現(xiàn)象，從而造成運(yùn)行停止，甚至發(fā)生失火事故。為了避免短路現(xiàn)象的發(fā)生，在每臺(tái)電容器都要安裝專(zhuān)用的熔斷器。專(zhuān)用熔斷器可以避免單臺(tái)電容器損壞而導(dǎo)致極間短路等聯(lián)鎖反應(yīng)的發(fā)生。常用的專(zhuān)用熔斷器有限流式熔斷器和噴逐式熔斷器。因?yàn)橄蘖魇饺蹟嗥鞒杀据^高，所以目前我國(guó)輸配電系統(tǒng)中多采用BRN-10/P型號(hào)的噴逐式作為電容器保護(hù)專(zhuān)用熔斷器。應(yīng)根據(jù)熔斷器的時(shí)間—電流特性曲線(xiàn)選擇電容器保護(hù)專(zhuān)用熔斷器，合格的熔斷器的時(shí)間—電流特性曲線(xiàn)應(yīng)該在被保護(hù)電容器外殼爆裂概率曲線(xiàn)的左邊，熔斷器的額定電壓必須高于被保護(hù)電容器組的額定電壓，熔絲額定電流具體計(jì)算方法為：

式中，I為熔絲額定電流；Qc為被保護(hù)電容器的額定容量；Ue為被保護(hù)電容器額定電壓。

2.2 繼電保護(hù)

目前我國(guó)使用的電容器組接線(xiàn)方式主要有三角形和不接地星形。在三角形接線(xiàn)電容器組中，當(dāng)電容器被擊穿而造成短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的故障電流，很可能造成電容器爆炸事故，并且三角形接線(xiàn)方式的電容器還存在很多缺點(diǎn)，比如，三角形接線(xiàn)電容器沒(méi)有可靠的保護(hù)方式，并且其對(duì)單臺(tái)保護(hù)熔斷器有很高的性能要求。所以在20世紀(jì)80年代后，三角形接線(xiàn)方式逐步被淘汰，多采用星形接線(xiàn)方式，因此本文主要介紹星形接線(xiàn)方式，不再介紹三角形接線(xiàn)方式。單星形接線(xiàn)方式優(yōu)于雙星形接線(xiàn)方式，因?yàn)閱涡切谓泳€(xiàn)電容器組是采用開(kāi)口三角電壓進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)方式簡(jiǎn)單可靠并且投資少，靈敏度高，更容易布置，并且單星形接線(xiàn)電容器組沒(méi)有雙星形發(fā)生兩臂對(duì)稱(chēng)故障時(shí)不能動(dòng)作的不足，所以目前使用單星形接線(xiàn)方式的電容器組較多。根據(jù)接線(xiàn)方式的不同，繼電保護(hù)分為以下3種形式：

2.2.1 零序電流保護(hù)

零序電流保護(hù)主要應(yīng)用于雙星形接線(xiàn)的電容器組。雙星形接線(xiàn)的不平衡電流保護(hù)整定計(jì)算公式為：

2.2.2 零序電壓保護(hù)

2.2.3 電壓差動(dòng)保護(hù)和橋式差電流保護(hù)

電壓差動(dòng)保護(hù)多用于多段串聯(lián)的單星電容器組中；橋式差電保護(hù)適用于每相都接成4個(gè)橋的電容器組。

3 高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的二次保護(hù)

高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償成套裝置的保護(hù)包括：諧波保護(hù)、失壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)等。

3.1 過(guò)電壓保護(hù)

電容器組在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)作用在其上的電壓是有限制的，一般作用在電容器組上的電壓不能超過(guò)1.2倍的額定電壓，如果電容器組長(zhǎng)期在高電壓條件下工作可能會(huì)擊穿電容器組。目前電容器組都裝有母線(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)裝置，目的是防止當(dāng)母線(xiàn)穩(wěn)態(tài)電壓突然升高時(shí)，電容器組被擊穿現(xiàn)象的發(fā)生。電容器組安裝的過(guò)電壓保護(hù)裝置是帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)。

母線(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)具體計(jì)算公式為：

式中，Udz為保護(hù)裝置的動(dòng)作電壓；K為電容器組允許的電壓與額定電壓的比值；Uem為電容器額定電壓；A為電容器組每相的感抗與容抗的比值，通?？梢愿鶕?jù)不同的系統(tǒng)參照表對(duì)電容器組中的過(guò)電壓保護(hù)參數(shù)進(jìn)行整定。

例如，在裝置中安裝有危機(jī)保護(hù)裝置，但是系統(tǒng)中存在很?chē)?yán)重的過(guò)電壓現(xiàn)象，就必須在微機(jī)保護(hù)裝置中參照具體參數(shù)表設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)。該方法已經(jīng)成熟應(yīng)用于多項(xiàng)工程中，且實(shí)際效果很好。

3.2 失壓保護(hù)

如果系統(tǒng)發(fā)生線(xiàn)路故障而導(dǎo)致電容器組失去電源，而修復(fù)故障后又使電容器組的母線(xiàn)帶電，此時(shí)電容器的端子存在殘余電壓，且該殘余電壓高于0.2倍的額定電壓，在此條件下，電容器組將承受高于其允許的1.2倍額定電壓，從而造成電容器擊穿破壞。所以應(yīng)該增加失壓保護(hù)裝置，且失壓保護(hù)裝置帶時(shí)限動(dòng)作于跳閘。

母線(xiàn)失壓保護(hù)的具體計(jì)算公式為：

式中，K為當(dāng)系統(tǒng)工作正常時(shí)出現(xiàn)的最低電壓系數(shù)，通常取0.3～0.5；Uhm為電容器組的母線(xiàn)電壓(V)；n為電容器裝置的電壓互感變化比。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述保護(hù)方式已經(jīng)成功應(yīng)用于輸配電、鋼鐵、石化等行業(yè)用電系統(tǒng)的系統(tǒng)補(bǔ)償中，并且高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償成套裝置的二次保護(hù)已經(jīng)在實(shí)際運(yùn)行中得到驗(yàn)證是安全可靠的，裝有本文討論的保護(hù)系統(tǒng)的電容器組設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，沒(méi)有發(fā)生過(guò)電容器失火和電容器爆炸等重大危險(xiǎn)事故。高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的二次保護(hù)還有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。本文所做研究可以為以后對(duì)于高壓并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置的二次保護(hù)的深入研究提供支持。

[1]王季梅.高壓交流熔斷器及其應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006

2014-10-31

陳禹志(1987—)，男，重慶人，助理工程師，研究方向：電力保護(hù)。