浅议高压配电网中电容器的保护配置

引言：电力电容器作为主要的无功补偿装置，起着提高功率因数，改善电压质量等作用。随着高压配电网无功补偿需求的加大，电容器数量不断增加，单台容量也越来越大。由于电容器在结构上的特点，与其它电气设备相比略显“娇嫩”。因此，合理的配置电容器保护就显得越发重要。根据检修工作中遇到的电容器故障情况，结合对故障发生原因的分析，就以目前在高压配网中应用最为广泛的单星型接线高压并联电容器组为例，对常见的电容器保护进行比较和探讨。

1 相间过电流保护

主要保护电容器组与断路器之间的引线、绝缘子、套管间的相间短路故障，同时也可以作为电容器内部故障的后备保护。

其动作电流Iset可按如下整定：

过电流保护经0.3~0.5秒延时动作于跳闸，以躲过电容器组投入时的涌流。一般不再装设电流速断保护，因为速断保护要考虑躲过电容器组的合闸冲击电流及对外放电电流，且保护范围和效果不能充分利用。

2 过电压保护

电容器在过高的电压下运行时，其内部游离增大，可能发生局部放电使介质损耗增大引起过热，并可能发展到绝缘被击穿。因此应保持电容器组在不超过最高容许电压下运行，设置过电压保护就是这个目的。

国家标准规定电容器允许的工频过电压最大持续时间为：在1.1倍额定电压下可长期运行，在1.15倍额定电压下，每24小时可运行30分钟，在1.2倍额定电压时为5分钟，在1.3倍额定电压下为2分钟，因此我们一般取额定电压的1.15倍为过电压的整定值，经2~5秒延时后以动作于跳闸，延时跳闸的目的是避免瞬时电压波动引起误动。

由于过电压元件电压取自母线电压互感器，为避免母线单相接地时过电压原件误动，电压采用线电压。

3 低电压保护

从电容器本身特点看，运行中的电容器如果突然失去电压，对电容器本身并无损害，但可能产生以下后果：①当变电站电源侧断开、事故跳闸或电压急剧下降时，如果电容器还接于母线上，则电源重合闸或备用电源自投后，母线电压很快恢复，在电容的残压还未降到0.1倍额定电压的情况下，就有可能使电容器承受高于1.1倍的额定电压而损坏。②当变电站断电恢复时，若变压器带电容器合闸，可能产生谐振过电压，使电容器损坏。③变电站断电恢复的初期，若变压器还未带上负荷或负荷较少，母线电压较高，也可能引起电容器过电压。因此，安装低电压保护，当母线电压降到额定值60%左右时即动作，将电容器切除。

低电压保护所用电压接于母线电压互感器二次侧，图1示出了电容器组低电压保护逻辑框图。由图可见，只有当三相电压同时降到低电压动作值时，保护才可动作。同时为了防止所接TV二次空气开关误跳造成TV二次失压引起电容器低电压保护误动，保护动作条件增加经电流闭锁，当电压消失后，参照电流闭锁定值判断电容器组是否有电流，有电流则认为TV二次开关误跳，低电压保护被闭锁，断路器不会跳闸。如果无电流，则低电压保护动作，跳开断路器。同时只有断路器合上时，保护动作才有意义，所以现在很多微机型保护中增加了断路器跳闸位置闭锁低电压保护的功能。

低电压的动作时限应小于上级电源进线重合闸时间或备自投动作时限。

4 过负荷保护

电容器组过负荷是由于系统过电压及高次谐波所引起。按规定电容器应能在1.3倍额定电流下长期运行。

鉴于电容器组装设有反映稳态电压升高的过电压保护，且大容量电容器组一般装设有抑制高次谐波的串联电抗器，在这种情况下，可不装设过负荷保护，仅当系统高次谐波含量较高或实测电容器回路电流超过允许值时，才装设过负荷保护延时动作于信号。一般情况下，过负荷与过电流保护结合在一起。

5 零序电压保护

零序电压保护也称不平衡电压保护。因为高电压电容器每相都并联着一台放电线圈(相当于一台电压互感器)，将三台放电线圈二次绕组接成开口三角形，正常运行时三相电压平衡，开口处电压几乎为零，当电容器发生故障后，引起电容器组的三相不平衡，开口处出现零序电压，保护采集到这一电压超过定值时即动作跳闸。一般厂家推荐的不平衡电压定值Ubph=4V，动作时限取0.2秒。

6 熔断器保护

根据《并联电容器装置设计规程》(SDJ25-85)的规定，电容器还应设置专用单台熔断器保护，作为电容器内部故障的主保护。

与其它保护相比，熔断器具有反时限特性，只要能保证熔断器的时间—电流特性曲线符合要求，就能确保在电容器内部故障发展前迅速熔断，从而隔离故障电容器，使健全电容器继续运行。

表1 高压并联电容器单台保护用熔断器时间-电流特性

熔断器熔丝的额定电流应不低于被保护的并联电容器额定电流的1.43倍，一般推荐在1.43~1.55倍的范围内选取。

但是由于熔丝的电流—时间特性分散性大，长期使用后性能发生改变，使其作为电容器内部故障主保护的可靠性大打折扣，给运行带来很大麻烦，因此运行中一般把不平衡保护和熔丝保护共同作为主保护使用。不过关于两者间保护配合及定值问题，规程上并未详细指出，查阅资料国内目前也没有统一的解决方案，这也是我们以后需要进一步研究讨论的地方。

7结语

关于电力电容器的保护配置，国内还是存在一些不同观点的，特别是反映电容器内部故障的保护，有些人主张以专用单台熔断器作为内部故障的主保护，继电保护(主要指不平衡保护)作为后备;还有人认为目前国产熔断器性能还不稳定，容易出现误动或拒动，主张取消熔断器，将继电保护作为主保护。但就目前主流的观点来看，还是倾向于两者共同作为主保护使用，以各取所长。经过长期的运行实践表明，这种配置方案还是能比较灵敏的反映电容器内部故障，可靠性更高，应用也越来越广泛，只要解决好两者间保护配合问题，是可以满足目前电容器保护的各项要求的。

参考文献：

【1】 水利电力部西南电力设计院 《并联电容器装置设计技术规程》 SDJ25-85(试行)

【2】 中华人民共和国电力工业部 《并联电容器装置设计规范》 GB50227-95

【3】 中华人民共和国能源部 《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》 DL 442-91

【4】 周存和 《并联电容器及其成套装置》 中国电力出版社 2008.06

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