并聯(lián)電容器組電壓差動保護啟動回路改造分析

張惠山，劉海鋒，李院生，徐紅元

( 1．國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊050070; 2．國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司，石家莊050051)

1 概述

電壓差動保護(簡稱“差壓保護”)是110 kV及以上電壓等級的變電站低壓母線并聯(lián)電容器組的一項重要保護功能。差壓保護原理成熟，接線簡單，很適合用于模擬量采樣進行數(shù)學(xué)運算的微機保護。輸入電壓較小時，電磁式繼電器由于受到機械力矩的作用而存在相對于微機保護而言較高的門檻電壓值，在長期運行條件下，因啟動電壓值高，導(dǎo)致動作靈敏度低，而現(xiàn)在微機保護的采樣精度較高，其動作門檻電壓較小，因此當(dāng)前多數(shù)并聯(lián)電容器組的微機保護裝置均具備該項保護功能。然而傳統(tǒng)的一些老、舊變電站在使用電磁式的繼電器保護時，由于受客觀條件制約，并聯(lián)電容器組只能配備一些簡單的過壓，零序過壓、過流等電磁式的繼電器保護。隨著微機保護的大量普及，這些電磁式的繼電器保護逐漸向微機保護的方向進行改造，由于受到一次設(shè)備條件限制(比如每相電容器組僅配有1個雙套管放電繞組)，其中有差壓啟動回路仍用零序電壓二次回路作為微機保護電容器組差壓保護啟動回路，但有些變電站在一次設(shè)備條件許可的情況下，仍然采用零序電壓作為差壓保護的啟動回路，不能真正實現(xiàn)電壓差動保護的目的。

2 存在的問題

500 kV變電站以零序電壓作為并聯(lián)電容器組差壓保護啟動回路，在現(xiàn)場運行中主要存在以下幾方面問題。

a. 在電容器組正常運行時，由于電容偏差、三相電源電壓不平衡和放電繞組性能差異等影響，在保護啟動回路將出現(xiàn)較小的電壓值，即不平衡電壓。

b. 動作靈敏度較差壓保護啟動回路來講靈敏度低。

c. 以零序電壓為啟動回路的差壓保護不能正確判斷故障相別及每相的故障電容器部分，給故障點查找及分析帶來難度。

3 改造方案分析

a. 針對500 kV變電站中，以零序電壓作為并聯(lián)電容器組的差壓保護啟動回路運行中存在的問題，為了防止保護誤動，保護整定值必須可靠躲過該起始電壓(通常該因素對零序電壓保護影響較大)。文獻(xiàn)[1-3]也分別提到開口三角零序電壓保護，易受到電網(wǎng)不平衡電壓影響較大的缺點。單相差壓保護主要受到同相兩段容差和相對應(yīng)的放電繞組比差角差的影響，相對而言其起始電壓比零序電壓保護小，因此躲不平衡電壓能力強。

b. 單星形接線電容器組，在電容器內(nèi)外接線方式和故障狀態(tài)(指某相某臺電容器內(nèi)部發(fā)生故障)相同的條件下，以每相放電繞組二次輸出電壓差值為啟動回路的電壓差動保護，所用放電繞組變比比以零序電壓作為啟動回路的差壓保護，所用放電繞組的變比小一倍，因此差壓保護感受故障量的動作值比零序電壓保護大一倍，故障情況下，其動作靈敏度高。因此，將零序電壓啟動回路改造為差壓保護啟動回路是首選方案。

c. 對于并聯(lián)電容器組，如果每相的放電繞組為三套管式放電繞組，則其二次輸出的4個抽頭中2個極性端可作為差壓啟動回路，非極性端短接地，這種接線實現(xiàn)了真正意義的電壓差動保護功能。由于每相有多個這樣的放電繞組，如果保護裝置允許接入足夠的回路通道，那么每個放電繞組的差壓回路可單獨接入保護裝置，保護該放電繞組對應(yīng)的電容器組；如果保護裝置沒有足夠的通道，對于任意一相，針對每個放電繞組每組差壓回路相應(yīng)同極性二次線分別并聯(lián)后統(tǒng)一接入保護裝置的單個通道(應(yīng)保證該放電繞組對應(yīng)一次電容器組一次分壓值相等)。哪一相對應(yīng)通道的差壓保護動作，則表明該相發(fā)生故障，從而實現(xiàn)了故障相別的鑒別。

如果每相的單個放電繞組為雙套管式放電繞組，則其二次輸出2個抽頭，一個極性端、一個非極性端。假如每相放電繞組多于1個，需根據(jù)該相電容器組對應(yīng)放電繞組的排列情況進行二次回路接線，總體原則就是對于一次電容器組分壓相同的任意2個放電繞組，其二次的非極性端串接，引出2個極性端二次線即可作為一組差壓啟動回路，這種接線也可實現(xiàn)真正意義的電壓差動保護功能。如果每相僅配有1個雙套管放電繞組，則只能采取傳統(tǒng)零序電壓回路作為差壓保護的啟動回路，不能改造。

4 改造方案的實施及效果

4.1 回路改進方案

國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司500 kV保北變電站某并聯(lián)電容器組差壓保護的啟動回路為零序電壓，依照以上改造措施進行相應(yīng)回路的改造。二次回路典型接線示意見圖1(圖中虛線部分為零序電壓保護啟動回路)，一次設(shè)備單相電容器組接線示意見圖2。

該電容器組保護裝置型號為RCS9633A，該裝置允許輸入9路差壓模擬量信號。由圖2可知，每相中電容器組分為2組，每組又分為上、下兩部分，每組配備有2個雙套管式放電繞組，因此具備引入差壓的條件。以U相為例，改進后的二次回路接線示意如圖3所示。

圖1 以零序電壓為差壓保護啟動回路的典型接線示意

圖2 單相電容器組電氣主接線示意

圖3 改進后的二次回路接線示意

圖3中，將U相的其中一組放電繞組上、下部分的2個TV二次繞組非極性端串接并接地，極性端引出的二次電壓即為差壓，將此差壓引入微機保護裝置相應(yīng)采樣通道，作為本相本組電容器組的差壓保護。顯然，微機保護裝置對故障相的故障電容器組的判別即可與所保護的電容器組相互對應(yīng)。該接線原理簡單，方便實用，能夠克服以往舊式接線的不足。

4.2 改造效果

對保北變電站500 kV并聯(lián)電容器組的差壓保護啟動回路進行改造后，保護的動作啟動定值可適當(dāng)降低，從而提高靈敏度，故障時，能夠根據(jù)保護裝置的動作報告鑒別故障相別，為故障點的查找及事故處理帶來了極大的方便。

5 結(jié)束語

電壓差動保護是并聯(lián)電容器組的一個主保護，但客觀上講，這種保護在原理上也有一定的局限性，比如對于某相兩個差壓放電繞組上相應(yīng)電容器組發(fā)生對稱性故障，差壓保護就不能靈敏反應(yīng)[2-3]，這種情況在運行中多表現(xiàn)為個別電容器的老化而出現(xiàn)電容量相同程度的增大，若每相中電容量發(fā)生變化的電容器數(shù)量不同，零序電壓又能從一定程度上進行反應(yīng)。因此，如果現(xiàn)場一次設(shè)備條件允許，比如每相均為三套管式放電繞組或有2個、3個雙套管式放電繞組，或者每個放電繞組存在2個TV二次側(cè)后，最好的方法就是TV二次回路不做任何接線，二次引出線直接引入保護裝置，保護裝置分別獨立采集各個TV二次側(cè)電壓，分別對各通道采集數(shù)據(jù)按照向量數(shù)字算法進行差壓及零序電壓的運算(可借鑒站域或廣域保護算法[3])，但這對保護裝置性能要求過高，運行經(jīng)濟上又受制約，因此具體采取哪種方式，還需從實際需求的角度出發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王永紅,孟 榮,王 玥,等.500 kV變電站并聯(lián)電容器組保護整定的若干問題[J].電力自動化設(shè)備，2010,30(8):144-147.

[2] 趙麗君,張愛軍.大容量并聯(lián)電容器組不平衡保護方式的選擇[J].電工技術(shù)，2012(1)：14-15,17.

[3] 何志勤,張 哲,尹項根,等.電力系統(tǒng)廣域繼電保護研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2010,30(5):125-130.