并聯電容器的繼電保護裝置及改進研究

鄧立群

（內江職業技術學院，四川 內江 641000）

1 電力系統電容器概述

在電力系統中，無功功率的平衡將影響到整個系統的電壓波動，已成為系統安全穩定運行的重要因素。并聯電容器可以給用電設備提供無功，減少無功在輸電線路和變配電設備中的傳輸，有效地提高電力系統供電效率，電容器能否安全可靠地運行對整個電力系統意義重大。在實際應用中，電容器故障發生率很高，合理配置電容器的保護裝置，是保證電力系統的安全運行的前提。

2 電容器的保護

目前針對電容器組的保護主要有兩個方面，一是電容器內部的熔絲保護，二是電容器組的繼電保護。

2.1 電容器內部的熔絲保護

電容器內部的熔絲保護，又分為內部熔絲保護和外部熔絲保護。集合型電容器裝有內熔絲，故一般采用內熔絲保護；由單只電容器構成的分散型電容器組，其出線端多采用外熔絲保護。

2.2 電容器組保護原理

根據電容器組的故障和不正常運行狀態，電容器組的繼電保護應設置過電流（過負荷）、過電壓、欠電壓保護；對于多串段組成的電容器組大都采用不平衡電壓保護和不平衡電流保護來反映各串段的過電壓（或欠電壓）情況。

2.2.1 電流保護

電容器裝設有定時限電流速斷保護和過電流保護，在電容器或電容器與絕緣子、斷路器、套管之間發生相間或對地短路故障時及時切除電容器。定時限電流速斷保護動作值整定為3～5倍額定電流；為了躲過電容器投入過程中的涌流，保證保護的選擇性，動作時間設為0.1～0.2 s；以電容器端部引線故障校驗靈敏度，且靈敏系數不應小于2。

2.2.2 電容器過電壓保護

過電壓保護是為了防止電容器因為運行電壓大于標準規定的要求而使電容器組遭損壞。引起電容器過電壓的原因有兩種，一種是外部過電壓，即系統中設備故障或開關投切時，引起系統諧振，電容器組過電壓。二種是內部過電壓，即供電電壓正常，電容器組內部切除部分電容器、故障或其他原因引起電容器組不平衡時，運行中的電容器電壓分配異常，而產生過電壓。實際工程中，本保護主要針對外部過電壓。

2.2.3 低電壓保護

低電壓保護是防止在電容器組所接母線電壓失去后，母線重新恢復供電時產生操作過電壓或諧振過電壓損壞電容器。在電容器母線失壓時，將電容器從電網中切除。動作值按照保證在所接母線失壓后保護可靠動作，且母線電壓恢復后保護能夠可靠返回的原則，整定為（0.2～0.5）額定電壓。動作時限為保證其選擇性按照大于本側出線后備保護動作時限，設定為0.2～0.5 s。

2.2.4 零序電壓保護

零序電壓保護的零序電壓來自開口三角形接線的電壓互感器二次側，也叫開口三角形保護，其接線圖如圖1所示。

圖1 開口三角形電壓保護

當電容器組正常運行時，三相電源電壓對稱、三相電容值相等，故電壓互感器三相電壓之和為零，開口三角形輸出電壓為零。若電容器運行過程中某相有電容器被切除或擊穿后，三相電容器不再是對稱運行，電壓互感器二次側電壓之和不再為零，在開口三角處輸出不平衡電壓3U0，如果不平衡電壓大于保護整定值時，則保護動作跳閘。其動作值一般整定為2～5 V，動作時間為0.1～0.2 s。

2.2.5 電壓差動保護

電壓差動保護是測量每相中點電壓相對于該相線到中性點之間電壓的變化。其接線如圖2所示。

該保護適合于大容量的電容器組。因為大容量的電容器組一般采用雙星形線，保護對同一相兩個臂電容器之間的電壓比較。正常運行時，兩臂電壓平衡，電壓差幾乎為零。當一臂中數臺電容器被切除后，兩臂電壓失去平衡，電壓差不為零，當電壓差超過保護動作整定值時，保護動作與跳閘。

圖2 電壓差動保護

2.2.6 不平衡電流保護

不平衡電流保護是以電容器兩星形中點間的差流作為起動依據。正常情況下，電容器組對稱運行，中性點電位為零，電流互感器中電流幾乎為零。而在某一個星形接線中的電容器中出現擊穿或切除時，三相電容對稱性被破壞，中性點電位偏移，電流互感器中將有差電流出現，如果差電流大于整定值，起動保護跳閘。

2.2.7 橋差電流不平衡保護

橋差電流不平衡保護通常用于大容量電容器。將每相的電容器接成電容器對稱兩個臂，在兩臂中引入電流互感器。正常運行時，橋差電流幾乎為零，保護不動作；當某臂中有電容器被切除，電橋失去平衡，當橋差電流大于動作值時，保護動作切除故障相，該方法不受相間電壓不平衡的影響。

3 保護方法的改進研究

主要對電容器保護的以下方面進行改進：（1）系統諧波情況下過電壓保護；（2）不平衡電流保護方法。

3.1 諧波情況下過電壓保護

傳統電容器過電壓保護算法是通過采樣母線電壓序列值應用傅氏算法等算出電壓峰值Um，然后由Um得出電壓有效值，由電壓有效值與過電壓保護動作值比較，判斷保護是否動作。

在諧波情況下電容器過電壓保護在算法和動作值整定上都有別于工頻條件，因為電壓峰值和有效值之間的關系不再是對應的倍關系。我們用離散采樣的方法對諧波情況下的畸變電壓波形進行分析，分別計算畸變波形的實測峰值Um和等效有效值、實際有效值。諧波條件下電容器過電壓保護跳閘時間及其選取的有效電壓值按照下面原則選取。

3.2 橋式差電流保護和不平衡電流保護方法的改進

目前電容器組的微機繼電保護將過電流保護、過電壓保護、不平衡電流保護、橋差電流保護結合在一起使用。根據電容器微機保護的特性，在不平衡電流保護和橋差電流不平衡保護的故障識別中加入相電流的變化來進行識別。這種方法可以根據故障相在發生故障時相電流的變化而判定有故障發生，從而克服不平衡電流保護和橋差電流不平衡保護的不足，該相電流可通過電容器的過流保護的三相電流互感器獲得。這里指的相電流是電容器組各相中的基波電流，它是電容器組各相的實際電流減去諧波電流的值。

4 結語

電容器組的繼電保護需要解決電容器組的過負荷以及引出線的短路、過電壓、欠電壓等的問題。當系統電壓中含有諧波分量時，電容器組如發生諧波過電壓，且峰值電壓超過規定值，可通過對畸變電壓等效有效值和實際有效值進行比較，對諧波條件下的過電壓保護進行改進。同時對橋式差電流保護和不平衡電流保護給出一種新的方法，對于原來對平衡性故障的拒動或誤動和不能夠識別故障相的情況進行了改進。電容器組的保護方式應用，還需要不斷總結經驗，從而進一步改進和完善。

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