電容器的保護(hù)配置與運(yùn)行維護(hù)

馬遠(yuǎn)逵 于長(zhǎng)穎 袁征 秦志剛

【摘要】文章簡(jiǎn)要闡述和分析了電力電容器的作用、故障類型、保護(hù)的配置及整定計(jì)算，并指出了運(yùn)行中，電容器組倒閘操作和故障處理時(shí)注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】電容器 保護(hù) 運(yùn)行 維護(hù)

電力電容器具有降低線路和輸電設(shè)備的損耗、提高功率因數(shù)、改善受電端電壓質(zhì)量，以及提高輸送功率的作用，又因其投資較小、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、能提供大量無功容量的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用，按《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》及《并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：變電站內(nèi)應(yīng)按變壓器容量的10%-30%安裝并聯(lián)電容器。電力電容器在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生損壞，既有電容器本身質(zhì)量、保護(hù)配置、整定計(jì)算的原因，也有運(yùn)行維護(hù)不力、處置不當(dāng)導(dǎo)致事故擴(kuò)大的因素，通過對(duì)電力電容器故障類型及保護(hù)配置的分析，對(duì)電力電容器的保護(hù)與運(yùn)行維護(hù)的注意事項(xiàng)，進(jìn)行概要的整理和闡述。

1電容器保護(hù)配置與整定計(jì)算

1.1電容器的接線與電抗器

在電力系統(tǒng)中，電容器的接線方式主要有兩種：?jiǎn)涡切谓泳€和雙星形接線；電容器組每相由C1、C2上下兩段構(gòu)成，每相都串接一個(gè)電抗器，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)諧波，電容器的阻抗很小、電抗器的阻抗則很大，所以，聯(lián)電抗器能有效削弱諧波、降低電容器燒毀的機(jī)率；同時(shí)，電容器在投入時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的涌流，會(huì)引起二次繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，串聯(lián)電抗器可以抑制涌流，也可以起到保護(hù)電容器、防止保護(hù)誤動(dòng)作的作用；在電容器組兩串聯(lián)段上，各并聯(lián)一電壓互感器線圈（同時(shí)也做放電線圈用）用于電壓采樣，而電流采樣則取自進(jìn)線側(cè)電流互感器二次側(cè)。

1.2電容器的熔斷器保護(hù)

熔斷器保護(hù)是電容器內(nèi)部故障的主保護(hù)。

電容器投入運(yùn)行后，電容器內(nèi)部薄弱環(huán)節(jié)處的元件，有可能因過熱或游離而發(fā)生局部擊穿，形成內(nèi)部故障。在運(yùn)行中，電容器個(gè)別元件的擊穿，會(huì)引起與之串聯(lián)的元件電壓升高，并引起新的元件擊穿，從而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，最后導(dǎo)致整臺(tái)電容器貫穿性短路，故障過程中，絕緣分解、氣體增多，箱內(nèi)壓力增大，來不及釋放，便會(huì)出現(xiàn)“鼓肚”或“漏液”現(xiàn)象，如故障時(shí)間較長(zhǎng)，壓力無法釋放，就可能導(dǎo)致箱體爆裂、起火，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，而熔斷器能切斷并隔離故障元件，保證其他完好元件的繼續(xù)正常運(yùn)行，其熔絲熔斷時(shí)間在一個(gè)周波即20MS內(nèi)即可切斷短路電流，防止故障擴(kuò)大化，同時(shí)降低電容器內(nèi)部釋放的能量，防止殼體爆裂。

熔斷器保護(hù)要求：（1）熔斷器的額定電流I應(yīng)大于被保護(hù)電容器的長(zhǎng)期允許工作電流；（2）熔斷器的安秒特性應(yīng)和電容器外殼的爆裂曲線相協(xié)調(diào)；（3）在電容器的充電涌流作用下，熔斷器不應(yīng)熔斷。

熔斷器的額定電流估算公式為：

I=KI （式1）

K—一般取1.5 I—電容器組額定電流

1.3電容器的電流保護(hù)

出于保護(hù)目的的不同電流保護(hù)主要有限時(shí)速斷和過電流保護(hù)。

1.3.1限時(shí)速斷保護(hù)

限時(shí)速斷保護(hù)是電容器組引出線、套管相間短路等外部故障時(shí)的主保護(hù)。

并聯(lián)電容器在正常運(yùn)行情況下，有耐受涌流的能力，但當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，電容器組需要迅速脫離系統(tǒng)，所以，電容器組應(yīng)設(shè)置值限時(shí)電流速斷保護(hù)。

其整定計(jì)算公式為：

I=KI （式2）

K—一般取3～5 I—電容器組額定電流

為躲過電容器充電涌流，一般帶0.1～0.2S的延時(shí)，以便躲過合閘涌流4MS的過渡過程。

1.3.2過流保護(hù)

過流保護(hù)既是高次諧波、過流等外部故障時(shí)的保護(hù)，也可作為引線、套管短路故障的后備保護(hù)。

電力電容器技術(shù)條件要求：電容器能在有效值1.3倍額定電流的穩(wěn)態(tài)過電流情況下運(yùn)行，對(duì)于電容值有最大偏差的電容器，過電流允許達(dá)到1.43倍額定電流[1]，所以為保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行并保護(hù)電容器不受損傷，其過流值整定為：

I=（1.5～2）I （式3）

并經(jīng)0.5S左右的延時(shí)保護(hù)出口作用于開關(guān)跳閘。

1.4電容器的電壓保護(hù)

出于不同故障類型的考慮，電壓保護(hù)可分為過電壓、欠電壓保護(hù)、零壓保護(hù)。

1.4.1過電壓保護(hù)

過壓保護(hù)的配置是為防止配電系統(tǒng)運(yùn)行中，電壓過高危及電容器組的安全，所配置的一種保護(hù)。

由于雷電入侵或斷路器投退、系統(tǒng)諧振，電容器所在母線電壓升高，使電容器承受外部過電壓或者由于電容器組中個(gè)別電容器因制造瑕疵等原因?qū)е鹿收匣蛉蹟嗥魅蹟啵菘拱l(fā)生變化，電容器之間電壓分配也隨之發(fā)生變化所引起電容器端電壓升高的內(nèi)部過電壓。電容器在過高電壓下運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部游離增大，可能發(fā)生局部放電，使介質(zhì)損耗增大，局部過流，并可能發(fā)展到絕緣擊穿。因此，從安全運(yùn)行的角度考慮，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。

保護(hù)整定值應(yīng)為不大于1.1倍電容器額定電壓，動(dòng)作時(shí)間應(yīng)在1MIN以內(nèi)，過電壓保護(hù)，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇跳閘或發(fā)信號(hào)，過電壓繼電器宜采用高返回系數(shù)的繼電器。

1.4.2欠電壓保護(hù)

電容器欠壓保護(hù)主要是避免電容器失壓后，系統(tǒng)或重合閘恢復(fù)送電時(shí)，對(duì)電容器組可能造成的危害。

不同于過電壓，電壓降低對(duì)于電容器組并無危害，其裝設(shè)欠壓保護(hù)主要考慮避免。（1）電容器失壓后，系統(tǒng)或重合閘恢復(fù)送電時(shí)，由于電容器組在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)、斷路器跳閘后、又自動(dòng)重合的這段時(shí)間內(nèi)電容器很難完全放電，如電容器組無欠壓保護(hù)而未能切除電容器的話，這將是一次初始條件的合閘過程，這時(shí)可能產(chǎn)生很高的過電壓和沖擊涌流，極易造成電容器組的損壞、甚至引起爆裂。（2）系統(tǒng)發(fā)生事故后，一旦重合閘成功或當(dāng)變電站恢復(fù)送電時(shí)，而電容器仍接于母線上，這時(shí)變壓器將處于空載狀態(tài)，由于變壓器直接帶純電容性負(fù)荷，而空載變壓器和電容器同時(shí)投入，因電容器組無欠壓保護(hù)而未切除的話，將出現(xiàn)變壓器帶電容器組進(jìn)行沖擊合閘的操作過程。這種操作方式，變壓器中的勵(lì)磁涌流有高幅值的偶次諧波，有可能導(dǎo)致串接有電抗器的電容器組發(fā)生串聯(lián)諧振，產(chǎn)生諧振過電壓和過電流，可能損壞電容器甚至變壓器，因此需裝設(shè)欠電壓保護(hù)。

當(dāng)電容器母線電壓低于整定值時(shí)，經(jīng)延時(shí)后切除電容器。保護(hù)判據(jù)為：

U或U或U≤U （式4）

保護(hù)定值既要能保證在母線失壓時(shí)能可靠動(dòng)作，又要防止系統(tǒng)瞬間電壓波動(dòng)時(shí)誤動(dòng)作，一般動(dòng)作值為0.3～0.6倍電網(wǎng)額定電壓，并帶時(shí)限跳閘，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與本側(cè)出線后備保護(hù)時(shí)間配合，當(dāng)備用電源自動(dòng)投切裝置動(dòng)作時(shí)，在自投裝置合上電源前應(yīng)先跳閘，電源線失電重合時(shí)，在重合閘前應(yīng)先跳閘切除電容器。

1.4.3零壓保護(hù)

電容器發(fā)生故障后，將引起電容器組三相電容不平衡，根據(jù)這個(gè)原理可構(gòu)成不平衡電源保護(hù)，利用電容器內(nèi)部元件損壞而產(chǎn)生的不平衡電壓來啟動(dòng)繼電器，目前國(guó)內(nèi)對(duì)單星形接線的電容器組廣泛采用開口三角電壓保護(hù)。

將放電線圈的一次側(cè)與電容器并聯(lián)，二次側(cè)接成開口三角形，在開口處連接一只低整定值的電壓繼電器。在正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓平衡，開口處電壓為零，當(dāng)電容器出現(xiàn)故障時(shí)，即出現(xiàn)零序電壓U，保護(hù)裝置采樣到此電壓后，即動(dòng)作跳閘。不平衡電源保護(hù)無需專用電壓互感器，靈敏度高，但易受系統(tǒng)電壓不平衡影響。

整定不平衡電壓時(shí)，應(yīng)實(shí)測(cè)開口三角正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓，一般整定為4～6V，延時(shí)0.1～0.2S。

電容器的保護(hù)是根據(jù)電容器內(nèi)部及外部故障的特點(diǎn)而設(shè)置，主要的保護(hù)配置有過電壓保護(hù)、過流速斷保護(hù)、零壓保護(hù)、差壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)等，在此，只對(duì)一些在實(shí)踐中常用的保護(hù)及其整定計(jì)算做一整理和說明，實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理選配整定。

2電容器的運(yùn)行與維護(hù)

電容器的運(yùn)行維護(hù)包括日常巡視、倒閘操作、故障處理等，不僅關(guān)系到電容器組的安全也關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、可靠性。

2.1電容器的運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

（1）電容器組在接通投入前，應(yīng)用搖表（兆歐表）檢查絕緣及放電網(wǎng)絡(luò)：

（2）當(dāng)母線電壓超過1.1倍額定電壓時(shí)，嚴(yán)禁將電容器組接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)；

（3）在電容器組自電網(wǎng)斷開后1分鐘內(nèi)不得重新接入。

2.2電容器組倒閘操作時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）在變電站因事故停電的情況下，應(yīng)將電容器的斷路器斷開；

（2）電容器組的斷路器跳閘后，不準(zhǔn)強(qiáng)行送電，應(yīng)檢查保護(hù)的動(dòng)作情況及相關(guān)回路，并判別事故性質(zhì)；

（3）電容器組保護(hù)熔絲熔斷后，應(yīng)做好記錄，原因未查明之前，不得更換保險(xiǎn)；

（4）全所正常停電操作時(shí)，應(yīng)先斷開電容器的斷路器，再按規(guī)定程序拉開各線開關(guān)，恢復(fù)送電時(shí)，與之相反，以防止電容器向母線充電。

2.3電容器事故處理原則

（1）當(dāng)電容器噴油甚至爆炸時(shí)，應(yīng)立即斷開電源，使之與系統(tǒng)隔離，用砂子或二氧化碳干粉滅火器滅火；

（2）電容器組的斷路器跳閘，而熔斷器未熔斷時(shí)，值班人員應(yīng)對(duì)電容器放電后，在檢查相關(guān)電力設(shè)備情況，若沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，方可試投；

（3）電容器的熔絲熔斷時(shí)應(yīng)向調(diào)度員匯報(bào)，取得指令后，方可斷開斷路器、切斷電源，放電后，先進(jìn)行外部檢查，包括外殼是否變形、漏液、并搖測(cè)對(duì)地電阻，如無異常，更換熔絲后試投，如送電后熔絲仍熔斷則應(yīng)退出故障電容器。

綜上所述，電容器故障類型復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行工況要求嚴(yán)格，保護(hù)也較為復(fù)雜，在其進(jìn)行保護(hù)配置和整定計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮全面，并符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。微機(jī)電容器保護(hù)裝置集測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)控于一體、體積小、運(yùn)行維護(hù)方便，如在實(shí)踐中大力推廣，再加之日常運(yùn)行維護(hù)的高質(zhì)量和有效性，將使電容器的作用得到有效發(fā)揮，還可增加電容器組的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50227-2008.并聯(lián)電容器裝置設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.