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        并聯(lián)電容器組不平衡保護(hù)在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

        2015-04-17 19:21:17陳勤嬌
        機(jī)電信息 2015年24期
        關(guān)鍵詞:星形零序電容器

        陳勤嬌 吳 昊

        (國(guó)網(wǎng)上海市北供電公司,上海200072)

        0 引言

        隨著電網(wǎng)的蓬勃發(fā)展,社會(huì)對(duì)電力能源的逐步依賴(lài)給供電系統(tǒng)帶來(lái)了新的考驗(yàn),而傳統(tǒng)較小容量的變壓器已不能滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的負(fù)荷需求,因此新建變電站的主變?nèi)萘枯^以往有所增大,變壓器的擴(kuò)容也使得其對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償有了新的要求。

        1 電容器保護(hù)概述

        1.1 電容器保護(hù)原理

        電容器是一種重要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,作用在于減少電網(wǎng)中輸送的無(wú)功功率,有效降低有功電量的損失,達(dá)到改善電壓質(zhì)量的目的,在電力系統(tǒng)中被廣泛采用。目前供電系統(tǒng)中普遍安裝了高壓并聯(lián)電容器組,通過(guò)電壓無(wú)功控制系統(tǒng)(VQC)或定時(shí)投切輸送容性無(wú)功功率,以補(bǔ)償用電設(shè)備的感性無(wú)功功率,從而提高功率因數(shù),達(dá)到節(jié)約電能和降低線(xiàn)損的目的。

        但同時(shí),作為電力設(shè)備,電容器發(fā)生故障時(shí)危害也是不容忽視的,如滲漏油、外殼變形膨脹等,都會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,當(dāng)某電容器發(fā)生內(nèi)部元件或外殼絕緣擊穿時(shí),會(huì)使其他正常運(yùn)行的電容器對(duì)該故障電容器釋放非常大的能量,可能造成電容器爆炸乃至引起火災(zāi)。除此之外,電容器自身制造工藝不良、日常運(yùn)行電壓過(guò)高、諧波分量大、發(fā)生操作過(guò)電壓等也會(huì)導(dǎo)致電容器爆炸。因此,為其量身定做合理的保護(hù)裝置,可以有效避免電網(wǎng)由于電容器損壞而發(fā)生重大事故。

        1.2 電容器保護(hù)種類(lèi)

        按照電容器發(fā)生故障的原因,電容器保護(hù)可分為兩大類(lèi):一種是異常運(yùn)行狀況,如過(guò)電壓、低電壓運(yùn)行對(duì)電容器本身的安全運(yùn)行造成危害,針對(duì)該類(lèi)故障,配備了過(guò)電壓保護(hù)(以往常用放電PT二次相電壓,現(xiàn)常用系統(tǒng)母線(xiàn)電壓為采樣值)和低壓保護(hù);另一種則是電容器裝置自身的內(nèi)部故障,包括并聯(lián)電容器組與斷路器之間的短路故障,由此裝設(shè)了相過(guò)流保護(hù)、零序電流保護(hù)以及不平衡電流(電壓)保護(hù)。在這里,我們著重討論供電系統(tǒng)中并聯(lián)電容器組的不平衡電流(電壓)保護(hù)。

        2 并聯(lián)電容器組中性點(diǎn)不平衡保護(hù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

        現(xiàn)上海地區(qū)的供電系統(tǒng)中,35kV降壓變電站中電容器裝置普遍的配置是:(相/零序)過(guò)電流保護(hù)、中性橫差(即不平衡電流)保護(hù)、過(guò)電壓(放電PT)保護(hù);而新建的110kV降壓變電站中,電容器裝置的保護(hù)配置則為:(相/零序)過(guò)電流保護(hù)、零序電壓(即不平衡電壓)保護(hù)、過(guò)電壓(母線(xiàn)PT線(xiàn)電壓)保護(hù)。有明顯區(qū)別的是過(guò)去廣泛使用的是不平衡電流保護(hù),而現(xiàn)今新的保護(hù)配置采用的是不平衡電壓保護(hù),針對(duì)這一變化,我們從保護(hù)的原理出發(fā)作深入研究。

        2.1 不平衡電流保護(hù)原理

        為防止電容器爆炸,電容器組的接線(xiàn)方式通常采用星形接線(xiàn),因?yàn)楫?dāng)電容器組發(fā)生電容器擊穿短路時(shí),由于故障電流受到了非故障相容抗的限制,使得來(lái)自系統(tǒng)的工頻電流大大減少,只有來(lái)自同相健全電容器的涌放電流,并無(wú)其他兩相的,因此很少會(huì)發(fā)生油箱爆炸事故。

        當(dāng)電容器組中電容器臺(tái)數(shù)較多時(shí),可將其分為兩組,連接成兩組星形接線(xiàn),在兩組星形的中性點(diǎn)連線(xiàn)上裝設(shè)橫差保護(hù)(即中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù))。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),電路中電容器的三相容抗對(duì)稱(chēng),兩個(gè)星形的中性點(diǎn)電位相等,且沒(méi)有電流通過(guò)。而當(dāng)電路中任一相的電容器發(fā)生擊穿故障時(shí),兩個(gè)星形中性點(diǎn)將會(huì)流過(guò)不平衡電流,達(dá)到整定值后,通過(guò)中性橫差保護(hù)出口切除電容器斷路器。在以往的大多數(shù)35kV降壓變電站中,電容器保護(hù)裝置都采用了這一保護(hù)方式。

        2.2 不平衡電壓保護(hù)原理

        通常在每一相電容器組的兩端會(huì)裝設(shè)放電PT的線(xiàn)圈,這樣既能正確反映電容器兩端的端電壓以及內(nèi)部故障后產(chǎn)生的不平衡電壓,在電容器組與母線(xiàn)斷開(kāi)時(shí)放電PT又能作為一條通路將電容器中的剩余電荷盡快釋放掉,從而保護(hù)人身和設(shè)備的安全。

        不平衡電壓保護(hù)的原理就是當(dāng)把電壓互感器作為電容器組的放電電阻時(shí),PT的一次線(xiàn)圈與該電容器并聯(lián)成為放電線(xiàn)圈,其二次線(xiàn)圈中的一套則接成開(kāi)口三角接線(xiàn),在開(kāi)口處連接一只較低整定值的電壓繼電器。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),所采得的三相電壓較為平衡,開(kāi)口處電壓則為0,當(dāng)某一相電容器發(fā)生故障時(shí),三相電壓不平衡,開(kāi)口處就會(huì)出現(xiàn)零序電壓,不平衡電壓保護(hù)就是利用這個(gè)零序電壓值來(lái)啟動(dòng)繼電器并接通跳閘回路,切除整組電容器,從而起到保護(hù)電容器組的目的,因此該保護(hù)也被稱(chēng)為零序電壓保護(hù)。目前,在新建的110kV降壓變電站中普遍用不平衡電壓保護(hù)來(lái)代替不平衡電流保護(hù)。

        2.3 不平衡電流保護(hù)與不平衡電壓保護(hù)的應(yīng)用范圍

        在2008年國(guó)家電網(wǎng)公司修訂的Q/GDW212—2008《電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償配置技術(shù)原則》中:“7.1.2 當(dāng)35~110kV變電站為電源接入點(diǎn)時(shí),按主變壓器容量的15%~20%配置。”“7.2 110(66)kV變電站的單臺(tái)主變壓器容量為40MVA及以上時(shí),每臺(tái)主變壓器配置不少于兩組的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置?!?/p>

        根據(jù)以上規(guī)定,本公司所管轄的變電站內(nèi)電容器組容量的選擇按主變?nèi)萘康?5%來(lái)配置。

        以富錦站為例,該站為35kV降壓變,三主變四分段接線(xiàn),兩臺(tái)主變均為20MVA,每臺(tái)主變帶一個(gè)電容器組,則該電容器組的容量應(yīng)為3 000kvar,分為甲組(1 800kvar)和乙組(1 200kvar),電 容 器 型 號(hào) 均 為 100kvar的 B AM111W,即甲組有18臺(tái)電容器,乙組則有12臺(tái),均采用雙星形接線(xiàn)方式,因此該電容器保護(hù)中配置的是中性橫差(即不平衡電流)保護(hù)。

        另以110kV降壓變羅智站為例,該站為三主變六分段接線(xiàn)模式,每臺(tái)主變?nèi)萘繛?0MVA,則該主變應(yīng)配置12 000kvar的電容器組,且不少于兩組,若仍使用以往100kvar容量的電容器,需要120臺(tái)電容器,占地面積較大,且不夠經(jīng)濟(jì),因此該站采用了容量334kvar的 B AM111W 電容器,分三組,容量分別為3 006kvar(9臺(tái)電容器)、4 008kvar(12臺(tái)電容器)、5 010kvar(15臺(tái)電容器),從每組電容器臺(tái)數(shù)來(lái)看,僅能構(gòu)成單星形接線(xiàn),因此無(wú)法使用中性橫差保護(hù)。而零序電壓(不平衡電壓)保護(hù)也能起到保護(hù)電容器的目的,在功能上可以取代不平衡電流保護(hù)。

        2.4 并聯(lián)電容器組不平衡保護(hù)的優(yōu)缺點(diǎn)

        零序電壓保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、動(dòng)作可靠性強(qiáng)、占地面積小,且很好地利用了放電PT原本作備用的開(kāi)口三角繞組,經(jīng)濟(jì)性顯著提高,目前廣泛應(yīng)用于單星形接線(xiàn)的電容器組中。但是當(dāng)母線(xiàn)的三相電壓不平衡時(shí),所采樣到的零序電壓如持續(xù)超過(guò)整定值,則可能造成保護(hù)發(fā)誤動(dòng),且不能指示故障相位。

        不平衡電流保護(hù)方式較為簡(jiǎn)單,當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)電壓不平衡或單相接地故障等情況時(shí),都不會(huì)引起誤動(dòng)作。但由于是通過(guò)兩個(gè)星形中性點(diǎn)之間產(chǎn)生的差流來(lái)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,因此不能夠識(shí)別故障相且無(wú)法檢測(cè)到三相平衡故障和兩組對(duì)稱(chēng)的故障。就單個(gè)保護(hù)而言,不平衡電流保護(hù)比零序電壓保護(hù)精度更高,但占地面積增大,且需另配置中性橫差CT,與零序電壓保護(hù)相較顯得不夠經(jīng)濟(jì)。

        因此,選用何種并聯(lián)電容器組不平衡保護(hù),需綜合考慮電網(wǎng)對(duì)保護(hù)靈敏度的要求、實(shí)際電容器所允許的接線(xiàn)方式以及經(jīng)濟(jì)性。為揚(yáng)長(zhǎng)避短,變電站內(nèi)普遍采用不平衡保護(hù)與電容器過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)結(jié)合組成的整套保護(hù)裝置,以提高動(dòng)作準(zhǔn)確性。

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)整套電容器組保護(hù)裝置的配置,能夠在電容器組發(fā)生故障時(shí)準(zhǔn)確且及時(shí)地切除故障,隨著變電站內(nèi)主變擴(kuò)容,所需無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘吭龃?,電容器的配置發(fā)生了明顯的變化,其保護(hù)的手段也應(yīng)作出相應(yīng)的變化調(diào)整。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),不平衡電壓(零序電壓)保護(hù)由于對(duì)電容器接線(xiàn)的要求較低,并且能降低新建以及日常維護(hù)成本,在今后的使用中更具有優(yōu)勢(shì)。

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