高壓并聯電容器裝置的保護整定問題分析

徐岳軍　陳沖

摘要：對于高壓電網來說，并聯電容器是當前運用的主要設備，而電容器的保護問題一直以來都是領域內部關注的重點，保護整定值的確定也是主要問題。文章以高壓并聯電容器為研究基點，分析了當前主要的繼電保護方式，提出了一種新型的專用保護，并分析了其保護整定值。

關鍵詞：高壓電網；并聯電容器裝置；保護整定；繼電保護方式；專用保護 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM53 文章編號：1009-2374（2016）16-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.035

對于當前高壓電網來說，主要運用的無功補償裝置便是并聯電容器，無論國內還是國外，九成以上電力系統都運用的是這種裝置。隨著市場需求的不斷增加，相關設備的需求量也在日益增大，對電容器的科學保護與整定計算也顯得愈發重要。根據實踐經驗，現階段很多電網存在安全性不高、靈敏度較差的實際保護問題，相應的電容器事故也時有發生，嚴重時可能會引起火災或爆裂，不僅造成電網無法正常運行，還會危及社會安全。因此找到一種專用的保護方式，是確保高壓并聯電容器穩定運行的關鍵。

1 繼電保護方式

在我國當前頒布的相關文件中，繼電保護是需要重點關注的一個部分，屬于安全Ⅰ區，需要通過專用通道來實現對其的有效控制。現階段，我國主要運用的保護方式主要有四種：第一，開口三角電壓保護；第二，橋式差電流保護；第三，相電壓差動保護；第四，中點性電流保護。一旦電容器在運行過程中發生故障，上述常規保護雖然能夠起到一定的保護作用，但如果已經超出了既定的保護閾值，上述保護便無法實現對故障的及時預警，也無法確定產生故障的位置，從而給故障處理帶來困難。另外，上述常規保護所使用的電壓檢測信號，是以放電線圈為基礎，通過二次側電纜來連接相應保護裝置的，在這個過程中，放電線圈所面臨的電壓較高，而且容量大、串段多，很容易在運行時導致放電線圈損壞。

2 新型專用保護

針對高壓并聯電容器的實際情況，其放電線圈需要面對比較惡劣的工作環境，因此相關研究人員嘗試將無線傳輸技術應用到放電線圈中，研制出了一種新型放電線圈，能夠充分滿足當前市場的實際需求。也就是說，在實際運行過程中，通過無線傳輸所傳輸的信息，不能接入到Ⅰ區中。

2.1 相關原理

該保護方案在數據傳輸過程中，主要由以下三部分完成：

2.1.1 傳感器。這一部分主要包括電流傳感器與放電線圈，在一臺電容器中，需要裝置一部電流傳感器，以實現對設備中電流的監測，與此同時，還要將其與放電線圈并聯起來，以實現對設備中電壓的監測。在運行過程中，傳感器需要通過無線傳輸方式，將相關數據傳輸到合并單元中，整個傳輸不僅不用外接電源，而且不需要布線，大大簡化了安裝過程，也解決了二次懸浮電位這一傳統保護中的實際問題。

2.1.2 合并單元。這一部分主要是運用有線方式來實現數據傳輸的，該裝置可以通過電容器產生的一些變化對電容器運行狀態進行判斷，從而做到及時預警，一旦遇到異常情況，也能夠及時采取開關動作。

2.1.3 保護裝置。這一部分是整個系統中的關鍵部分，這一部分所產生的相關數據實際上是不納入到繼電保護系統中的，而是以專用保護為基礎來完成相關保護動作的。這樣一來，不僅可以通過無線方式對相關數據進行傳輸，而且與國家頒布的相關規范相符。

2.2 結構功能

對于整個保護系統來說，專用保護裝置是最核心的一個部分，在運行過程中，其主要用于對合并單元所發出的數據進行接收，同時完成對數據的判斷與處理，與此同時，還能夠實現數據儲存與生成報表等一系列功能。具體的模塊功能包括：

2.2.1 數據接口，用于數據的接收，并向另外兩個部分發出指令。

2.2.2 管理軟件，用于向合并單元傳輸信息，在運行過程中，還需要將發生變化的信息傳送到合并單元中。

2.2.3 數據處理，處理電壓差、電容差以及不平

衡度。

2.2.4 保護預警，以設定閾值為基礎，對事故進行有針對性的處理。

2.2.5 數據存儲與顯示，將所得到的數據信息存儲到系統中，而顯示界面能夠將設備運行過程中所產生的信息顯示出來。

2.2.6 報表打印，能夠實現報表的生成與打印。

2.2.7 網絡接口，通過對IP地址的設定，能夠以局域網為基礎，下載與查詢其他網絡中的信息。

3 保護整定值

3.1 單臺電容量

在設備運行時，一旦發現電容量存在一些微小的非正常變化，就說明設備中的熔絲對電容器產生了影響，設備可能會出現一些事故。這時候，設備雖然可以運行，但對于設備未來的影響很大，因此需要充分明確設備運行過程中的電容量變化。在我國相關文件中明確規定了電容偏差需要在-3%～+5%之間。

對于專用保護方式來說，單臺設備的保護整定值包括基準值與警告值兩部分，對于前者來說，設備上所標注的實測值，一般情況下，其可以折算到+20℃，其所表示的便是基準值。與其他溫度的換算公式如下：

式中：X所表示的是溫度，其與電容量之間呈現出反比例關系。

對于后者來說，可以以熔絲形式與接線方式為基礎，再計算相應的保護整定值。當前，警告的等級可以根據實際情況進行劃分，依托于故障程度來判斷是否要斷開斷路器。

3.2 放電線圈

針對高壓并聯電容器，在絕大多數情況下，放電線圈都與電容器呈現出并聯關系，并裝置在絕緣框上。設備運用放電線圈的主要目的便是要控制設備快速放電問題，但在實際運行過程中，放電線圈本身卻沒有必要的保護措施，尤其是在橋差保護中，常常因此出現運行問題，最典型的便是匝間短路與層間短路。也正因為欠缺必要的檢測手段，放電線圈爆炸事故也屢見不鮮。近年來，很多變電站都曾經發生過放電線圈爆炸事故，因此必須予以重視。

如果放電線圈存在二次繞組，那么其也能夠作為電壓檢測裝置，其原因在于，在設備運行過程中，一旦電容器出現故障或者放電線圈出現故障，二次繞組也會產生相應的電壓變化，相關人員對這一變化進行實時檢測，便能夠及時掌握設備的運行情況。

對于專用保護方式來說，放電線圈的保護整定值也包括基準值與警告值兩部分，對于前者來說，主要參考母線上所顯示出來的PT電壓，從而實現對放電線圈的有效檢測；對于后者來說，可以用變比變化對警告值進行控制，一般情況下取±1%～±1.5%，一旦放電線圈中二次繞組的電壓變化大于±2%，便會發出警告。在這個過程中，警告閾值可以進行事先設定與更改，但系統會自動對所有的數據進行保留，從而為以后的工作打下

基礎。

3.3 三相不平衡

專用保護方式還可以以單臺電容器為基礎，通過對其電容量的檢測，判定其運行狀態，而三相不平衡程度，則是這個判斷過程的一個主要輔助量。在日常運行中，每一天都需要向系統中上傳一次三相不平衡數據，并將其視為設備運行狀態的一個主要參考量，一旦這一數據的變化存在異常，即使不存在其他異常情況，也需要對設備及時檢查，以免引起更大的運行事故。另外，這項數據還需要實時儲存，以便于以后查找事故原因。

4 結語

綜上所述，對于高壓并聯電容器來說，其保護問題一直以來都是領域內部關注的重點問題，而傳統保護方式無法完善地對設備進行保護，因此需要運用專用保護方式。這種方式能夠實現對單臺電容器的有效檢測，與此同時，還能夠檢測放電線圈，通過兩者的運行狀態，判定設備是否存在故障，并控制開關動作，從而實現對電容器的保護。這種方式的額定電壓相對較低，因此與其他方式相比，這種方式所花費的成本較少，可靠性較高。另外，專用保護系統并沒有納入到整體性的繼電保護系統中，所以具有很強的獨立性，不會受到安全區的影響，因此專用保護系統對設備的保護效果更好。

參考文獻

[1] 劉水平，蘇開云，楊文榮，等.向家壩-上海±800kV特高壓直流工程用并聯電容器及裝置的研制[J].電力電容器與無功補償，2010，（1）.

[2] 田慶，原敏宏，王志平，等.交流特高壓試驗示范工程電容器保護配置、整定及應用原則探討[J].高壓電器，2010，（3）.

[3] 張霖.10kV并聯電容器組不平衡電壓保護動作分析及探討[J].電力電容器與無功補償，2010，（2）.

[4] 盛國釗，姜勝寶，倪學鋒，等.不對稱接線內熔絲高壓并聯電容器組的不平衡保護計算[J].電力電容器與無功補償，2013，（6）.

[5] 肖遙，夏谷林，張楠，等.H和∏接線高壓濾波電容器組不平衡電流保護的定值計算及比較[J].中國電機工程學報，2014，（S1）.

[6] 秦華忠，黃雪勇，易春回，等.10kV小容量無熔絲并聯電容器組保護整定分析[J].電力電容器與無功補償，2015，（3）.

[7] 田秋松，張健毅，毛建坤，等.特高壓110kV并聯電容器組投切問題的解決辦法和新型投切開關的應用[J].河南電力，2013，（2）.