孟 行

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司寧河供電分公司）

0 引言

在熔斷器應(yīng)用環(huán)節(jié)，電容器具有保護(hù)作用，可對(duì)電容器組實(shí)施過(guò)流保護(hù)，及時(shí)切除發(fā)生故障的電容器，維護(hù)無(wú)故障裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，防止故障問(wèn)題被擴(kuò)大。變電站10kVⅠ段電容器組熔斷器熔斷，要求電力人員及時(shí)對(duì)電容器組進(jìn)行檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)熔斷器熔斷故障問(wèn)題原因，再經(jīng)過(guò)絕緣與特性試驗(yàn)后更換熔斷器，保障高壓并聯(lián)電容器的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 熔斷器故障處理與原因分析

1.1 故障處理

為了更好地降低電網(wǎng)運(yùn)行期間的有功損耗，保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，有必要根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況提升10kV電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量，科學(xué)配置高壓并聯(lián)電容器，以此用來(lái)補(bǔ)償無(wú)功功率。以某變電站實(shí)際情況來(lái)看，10kV母線(xiàn)對(duì)于接線(xiàn)方式的選擇，一般會(huì)采取單母線(xiàn)分段的形式，平均每段安裝600kvar電容器組，各組容量分別為200kvar和400kvar，按照系統(tǒng)運(yùn)行的無(wú)功功率需求進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。短期內(nèi)變電站中出現(xiàn)了三次熔斷器的熔斷故障問(wèn)題。

故障發(fā)生之后電容器被退出運(yùn)行，期間沒(méi)有任何異常情況，對(duì)三相電容值進(jìn)行平衡測(cè)量，得知絕緣試驗(yàn)已經(jīng)合格，排除電容器自身故障問(wèn)題，及時(shí)更換熔斷器，隨后設(shè)備正常投入運(yùn)行［1］。

1.2 原因分析

1.2.1 接線(xiàn)方式不合理

并聯(lián)電容器成套裝置主要包含電容器與配套設(shè)備，在控制器的作用下完成自動(dòng)投切與裝置保護(hù)，在電容器的外部安裝熔斷器，使其同電容器進(jìn)行串聯(lián)。面對(duì)電容器故障問(wèn)題時(shí)，熔斷器可以用來(lái)切除電容器。選擇星型接線(xiàn)方式，將電抗器的電抗率設(shè)為5%，將電容器和熔斷器實(shí)施串聯(lián)，并將其與放電線(xiàn)圈并聯(lián)，發(fā)現(xiàn)直接并聯(lián)的接線(xiàn)方式可以保障放電回路的完整，維護(hù)設(shè)備與人員安全。但電容器配置了型號(hào)為FDG9-1.7型半封閉放電線(xiàn)圈，其中的放電容量可以達(dá)到1700kvar，這種放電電流雖然無(wú)法直接導(dǎo)致熔斷器熔斷事故，但接線(xiàn)方式也存在安全隱患，需加以改進(jìn)。

1.2.2 熔斷器額定電流選擇不合理

變電所中選用框架式成套電容裝置，利用噴逐式熔斷器進(jìn)行并聯(lián)電容器組的保護(hù)。熔斷器的尾線(xiàn)彈出裝置屬于熔絲繃緊彈簧，工作期間彈簧會(huì)時(shí)刻保持緊繃，當(dāng)發(fā)生過(guò)流熔斷問(wèn)題時(shí)，裝置中的彈簧將會(huì)釋放能量，殘留尾線(xiàn)會(huì)從消弧管內(nèi)被拉出，聯(lián)合內(nèi)外消弧管的氣體在電流過(guò)零情況下導(dǎo)致電路熄滅。出現(xiàn)這一故障的原因主要與熔斷器額定電流的選擇不合理有關(guān)。

應(yīng)為熔斷器選擇合理的額定電流，使其與電容器的電流相互協(xié)調(diào)配合。電容器需要在1.3倍的額定電流下長(zhǎng)時(shí)間工作，電容允許偏差值處于-5% ～10%范圍內(nèi)。正常情況下，為保障電容器可以在10kV電壓等級(jí)下輸出標(biāo)準(zhǔn)容量，應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)電壓的變化情況與電容器電壓運(yùn)行過(guò)載系數(shù)的1.1倍關(guān)系，當(dāng)電容器工作電流為1.43倍熔斷器額定電流時(shí)，加強(qiáng)對(duì)熔斷器與電容器電流的控制，使二者之間的額定電流比不小于1.43，但變電站的電容器組因過(guò)流保護(hù)而產(chǎn)生熔斷現(xiàn)象時(shí)，這一比值僅為1.35左右，數(shù)值較小，因此系統(tǒng)波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致熔斷故障問(wèn)題［2］。

1.2.3 高次諧波持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

變電站10kV電力系統(tǒng)在運(yùn)行期間帶有較多非線(xiàn)性設(shè)備電機(jī)，如果電力系統(tǒng)中電機(jī)出現(xiàn)了十分頻繁的啟停，將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的諧波問(wèn)題，這部分諧波電流一旦進(jìn)入電容器將會(huì)導(dǎo)致回路中電流在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)激增，此時(shí)電容器就會(huì)過(guò)負(fù)荷。如果產(chǎn)生高次諧波的時(shí)間持續(xù)很長(zhǎng)，將有可能發(fā)生熔斷器熔斷的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)改造后，變電站電機(jī)功率加大，整個(gè)10kV電力系統(tǒng)的負(fù)荷也會(huì)增大，諧波增大后一旦未采取合理的解決措施，將會(huì)導(dǎo)致更多熔斷器發(fā)生熔斷。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 合理選擇熔斷器，加強(qiáng)繼電保護(hù)

選擇外熔斷器聯(lián)合繼電保護(hù)的方法，將熔斷器作為電容器引線(xiàn)短路，謹(jǐn)防絕緣故障，在10kV電容器安裝BRW-10熔斷器，下表為熔斷器的配置情況。

表熔斷器配置情況

嚴(yán)格依據(jù)電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行的相應(yīng)技術(shù)規(guī)程，科學(xué)計(jì)算保護(hù)整定值，關(guān)于過(guò)電壓保護(hù)整定值的計(jì)算公式具體如下：

式中，Kv指的是過(guò)電壓因數(shù)，取值為1；XL和XC分別為串聯(lián)分路電抗器感抗與電容器組容抗；Usen指的是電容器額定相間電壓。在電路中安裝單臺(tái)熔斷器，采用星型接線(xiàn)方式，從電容器開(kāi)口三角電壓角度出發(fā)，計(jì)算其中的電壓保護(hù)整定值，相應(yīng)公式如下：

式中，M和N分別為每相電容器數(shù)量和串聯(lián)段數(shù)；K指的是由于故障切除的并聯(lián)段中的電容器數(shù)量；UNX指并聯(lián)電容器組內(nèi)的額定相電壓。隨后，根據(jù)上述參數(shù)情況對(duì)延時(shí)速度保護(hù)整定值進(jìn)行計(jì)算，查看控制器的相關(guān)使用說(shuō)明，應(yīng)及時(shí)采取延時(shí)速斷保護(hù)措施，依靠2倍電容器額定電流完成整定工作，為防止實(shí)際計(jì)算結(jié)果和控制器的設(shè)置值之間差距過(guò)大，還應(yīng)做好控制器保護(hù)定值的科學(xué)管理。放電線(xiàn)圈和電容器之間采取直接并聯(lián)的接線(xiàn)方式，時(shí)刻保持放電回路的暢通，做好電流不平衡的防護(hù)，比如將保護(hù)延時(shí)設(shè)置為1s，防止保護(hù)誤動(dòng)的情況出現(xiàn)。采用電容專(zhuān)用熔斷器，將熔體與電容器之間的額定電流比限制在1.5～2.0范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際情況選擇普通熔斷器，及時(shí)檢測(cè)諧波含量，不斷排除諧波放電造成的故障問(wèn)題，防止熔斷器的頻繁熔斷，保障熔斷器使用安全。

2.2 正確選擇熔斷器額定電流

根據(jù)變電站的實(shí)際情況來(lái)看，以10kV配電網(wǎng)的運(yùn)行為案例，電網(wǎng)運(yùn)行期間應(yīng)用的電容器選擇采用單相并聯(lián)的連接方式，將電網(wǎng)中的電容器接成Y型，對(duì)每臺(tái)電容器進(jìn)行額定電流計(jì)算，相應(yīng)計(jì)算公式如下：

熔斷器與電容器的額定電流比值應(yīng)大于1.43。綜合分析變電站熔斷器的熔斷事故，建議將熔斷器和電容器之間的額定電流比值控制在1.7～1.8，再根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，將熔斷器的額定電流控制為8.5～10A。

2.3 加裝限制合閘涌流與高次諧波電抗器

在電容器組的前端位置增加電抗器，使其和電容器保持串聯(lián)的形式。合理抑制母線(xiàn)電壓發(fā)生畸變，降低諧波電流的同時(shí)，對(duì)合閘涌流與操作過(guò)電壓起到限制性作用，防止電容器面對(duì)高次諧波時(shí)的過(guò)度放大。加裝電抗器時(shí)，應(yīng)充分考慮到串聯(lián)電抗器電抗率、額定容量等參數(shù)情況，保障參數(shù)選擇合理，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入電容器合閘涌流與高次諧波的限制，防止熔斷器出現(xiàn)熔斷故障問(wèn)題。電抗器的接線(xiàn)情況如圖1所示。

圖1 并聯(lián)電容器串聯(lián)電抗器接線(xiàn)示意圖

選擇電抗器的電抗率K（電抗器相感抗XL占據(jù)電容器相容抗XC的百分比）時(shí)，計(jì)算公式為：K ＝XL／XC，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的諧波比較少時(shí)，可限制合閘涌流，將K控制在0.5% ～1%即可。由于電機(jī)功率經(jīng)過(guò)變電站改造后增加，使10kV系統(tǒng)負(fù)荷增大，諧波也會(huì)提高，所以建議將電抗率K選擇為4.5% ～6%。并聯(lián)電容器組經(jīng)過(guò)過(guò)電流沖擊后，建議提升電抗率K，以此減少分流到支路的諧波電流，所以變電站中10kV并聯(lián)電容器組在串聯(lián)電抗器時(shí)將電抗率設(shè)置為6%。

選擇電抗器容量時(shí)，10kV系統(tǒng)中用到了9只單相并聯(lián)電抗器，按照Y型來(lái)聯(lián)結(jié)，電抗器串聯(lián)電容器組之后的單相等值回路圖如圖2所示。其中，XC指的是電容器組的單相容抗；QC指的是電容器單相容量；IC為流過(guò)電容器的額定相電流；UC為電容器的額定電壓；XL指的是串聯(lián)電抗器的單相感抗；QL、IL以及UL分別為電抗器單相容量、額定相電流以及額定電壓。

圖2 電容器串聯(lián)電抗器后的單相等值回路示意圖

根據(jù)上文所述，可知K ＝XL／XC＝6%。串聯(lián)電抗器的單相容量為電容器組的單相容量與電抗率相乘，變電所中10kV高壓系統(tǒng)采用三相電容器組，共計(jì)9只30kvar電容器，經(jīng)過(guò)并聯(lián)后再串聯(lián)電抗器，其單相容量計(jì)算公式如下：

經(jīng)過(guò)研究得到單相容量計(jì)算結(jié)果，由于本系統(tǒng)中采用了三相電容器組，所以總?cè)萘烤褪?6.2×3＝48.6kvar［3］。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于變電站中10kV高壓并聯(lián)電容器組的熔斷器熔斷故障問(wèn)題，應(yīng)針對(duì)熔斷器的實(shí)際情況采取故障防范措施，目前已經(jīng)獲得良好的故障解決效果?？茖W(xué)分析造成熔斷器故障問(wèn)題的原因，從接線(xiàn)方式、熔斷器額定電流等方面入手，科學(xué)選擇熔斷器，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的繼電保護(hù)，安裝高次諧波電抗器，從而維護(hù)10kV高壓電網(wǎng)與電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定與安全。