深圳供電局變電一所 何茂欽

淺析10kV電容器保護(hù)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(bǔ)償設(shè)備。一般為電容器配置的保護(hù)有熔斷器保護(hù)、電流保護(hù)、電壓保護(hù)、零壓保護(hù)和不平衡保護(hù)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(hù)裝置。本文結(jié)合其介紹了電容器各保護(hù)類型的特點(diǎn)，隨后選取RCS-9631保護(hù)中的低電壓保護(hù)闡述其二次回路原理，最后簡(jiǎn)述了電容器故障處理的注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

高次諧波；電容器；不平衡保護(hù)；二次回路

引言

電力電容器安裝簡(jiǎn)單，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，維護(hù)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(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)意義重大。電容器一般配置在低電壓等級(jí)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(hù)配置及其二次原理部分，最后簡(jiǎn)略說明電容器的故障處理原則及方法。

1 電容器保護(hù)的種類

電容器的故障和不正常運(yùn)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(yùn)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(huì)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(yùn)行；

(4)一般情況下，電容器在正常運(yùn)行時(shí)，都應(yīng)根據(jù)實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況，來對(duì)其進(jìn)行電壓的控制，確保電壓在一定的規(guī)范內(nèi)運(yùn)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(huì)給電容器的正常運(yùn)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(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)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(yùn)營(yíng)。

以上所提到的幾方面故障是10kv電容器在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生的故障，針對(duì)這些故障主要采用安裝電抗器的方式來消減電容器運(yùn)行過程中潛在的一些不利因素，同時(shí)，也可以通過對(duì)電容器組配備相應(yīng)的保護(hù)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(hù)、電壓保護(hù)、零壓保護(hù)、不平衡保護(hù)、電流保護(hù)等幾方面保護(hù)措施進(jìn)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(hù)。

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(duì)電容器實(shí)施保護(hù)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(gè)電抗器，這樣在電力系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行的安全性、可靠性。另外，在電容器投入時(shí)一旦產(chǎn)生較大的涌流，將會(huì)導(dǎo)致二次保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)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(duì)電容器的運(yùn)行起到保護(hù)的作用，同時(shí)對(duì)防治保護(hù)裝置誤動(dòng)作也有著極大的作用。

1.2 熔斷器保護(hù)

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(yùn)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(huì)發(fā)生熔斷來隔斷故障元件并對(duì)其進(jìn)行隔離，從而保證電力系統(tǒng)中的其他元件能夠正常的運(yùn)行，避免被故障元件所影響。熔斷器在安裝過程中較為簡(jiǎn)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(duì)熔斷器保護(hù)動(dòng)作的分析，可以直接查找到故障的熔斷器，這樣更便于對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行維修。另外，通過大量的實(shí)踐證明，在使用熔斷器時(shí)，熔斷時(shí)間僅僅需要幾毫秒，能夠有效的防止電容器的故障擴(kuò)大，從而避免了電力系統(tǒng)出現(xiàn)的損失。

1.3 電流保護(hù)

電容器故障會(huì)威脅到整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，因此在電容器運(yùn)行的過程中，必須要做好電容器的保護(hù)工作，避免電容器出現(xiàn)運(yùn)行故障。電流保護(hù)作為電容器運(yùn)行保護(hù)的關(guān)鍵手段，主要是通過在微機(jī)中加裝過電流保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)等保護(hù)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(shí)，相應(yīng)的保護(hù)裝置能夠快速動(dòng)作，及時(shí)切除電容器，從而保證電容器運(yùn)行的可靠性、安全性。另外，在電流保護(hù)實(shí)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(duì)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(shí)01-0.2秒來對(duì)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行選擇，從而保證電容器運(yùn)行的安全性、可靠性。

1.4 不平衡保護(hù)

除了以上所提到的集中電容器保護(hù)措施之外，還可以通過不平衡的保護(hù)方式來對(duì)電容器設(shè)備實(shí)施保護(hù)。就現(xiàn)階段不平衡保護(hù)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(hù)（如圖1所示）；而雙星形接法主要采用的是差流保護(hù)。當(dāng)一相的上下兩段電壓差大過整定值時(shí)候，保護(hù)動(dòng)作于開關(guān)跳閘。差流保護(hù)將兩星形中點(diǎn)間的差流作為起動(dòng)依據(jù)。正常情況下，電容器組對(duì)稱運(yùn)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(tái)電容器時(shí)，差流將大于整定值，起動(dòng)保護(hù)跳閘。接法和實(shí)現(xiàn)雖不同于差壓保護(hù)，但其出發(fā)點(diǎn)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(yùn)行。

2 電容器二次回路

2.1 電壓電流部分

電容器保護(hù)的二次回路主要包括電流回路、電壓回路、控制回路、信號(hào)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(duì)應(yīng)的電流、電壓互感器的二次側(cè)。而控制回路、信號(hào)回路和閉鎖回路屬于直流回路，其直流電源均來自保護(hù)室內(nèi)的直流饋線屏。下面將通過南瑞繼保電容器保護(hù)RCS-9631C中的低電壓保護(hù)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(hù)開入控制的低電壓保護(hù)。低電壓保護(hù)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(hù)誤動(dòng)。

如圖2中，電容器的保護(hù)RCS-9631C裝置由端子101～4獲得A，B，C三相電壓和中性點(diǎn)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(jìn)行計(jì)算。

圖2 電容器二次電壓回路

圖3 電容器低電壓保護(hù)邏輯圖

圖3中，LB指低電壓電流閉鎖投入；DY指低電壓保護(hù)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(hù)元件）；tdy指低電壓保護(hù)跳閘延時(shí)；BTJ指保護(hù)跳閘接點(diǎn)。此圖可以看出，保護(hù)動(dòng)作由4個(gè)條件相與而來：

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

(2)三個(gè)線電壓要同時(shí)低于整定值，保護(hù)才可能動(dòng)作。這是為了防止所接PT的二次空開誤跳造成PT失壓時(shí)誤動(dòng)；

(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(hù)誤動(dòng)。

2.2 控制回路部分

圖4 RCS-9631電容器保護(hù)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(hù)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(shí)，使其勵(lì)磁而閉合跳閘保持繼電器常開觸點(diǎn)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(dòng)作于跳閘。電容器保護(hù)合閘回路則如圖4中黃色箭頭所示，其合閘過程與保護(hù)跳閘過程類似，不再贅述。另外，就地分合閘于保護(hù)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(diǎn)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(shí)其合閘回路里有防跳接點(diǎn)、中間繼電器輔助接點(diǎn)、地刀接點(diǎn)、網(wǎng)門接點(diǎn)、開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能行程接點(diǎn)和開關(guān)輔助接點(diǎn)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(hào)、網(wǎng)門關(guān)閉、地刀拉開、開關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能、開關(guān)為分閘。只有這些條件都滿足，合閘線圈HQ才會(huì)動(dòng)作于合閘。另外，我局規(guī)定電容器在開關(guān)跳開后，會(huì)經(jīng)一個(gè)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(jī)構(gòu)行程接點(diǎn)，當(dāng)有分閘脈沖時(shí)，只要開關(guān)為合閘狀態(tài)且機(jī)構(gòu)行程符合要求，即接通跳閘回路動(dòng)作于跳閘。跳閘回路相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有太多的閉鎖是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中對(duì)跳閘的可靠性要求很高，一旦開關(guān)拒動(dòng)，就需要由下一級(jí)保護(hù)動(dòng)作切除故障，將會(huì)使故障范圍擴(kuò)大。

3 結(jié)語(yǔ)

10kV并聯(lián)補(bǔ)償電容器對(duì)電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著重要作用。本文簡(jiǎn)要介紹了電容器常用幾種保護(hù)類型的特點(diǎn)，并以南瑞繼保RCS9631中的低電壓保護(hù)為例闡述保護(hù)動(dòng)作在二次回路的實(shí)現(xiàn)過程。在今后的工作中，我將進(jìn)一步學(xué)習(xí)研究，繼續(xù)增強(qiáng)自己的業(yè)務(wù)水平，以獲得持續(xù)不斷的進(jìn)步。

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