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)。