放電線圈接至10 kV母線側時對電容器過電壓保護影響分析

占杉杉，肖遠逸，占鑫煒

（1.國網江西省電力有限公司九江供電分公司，江西 九江 332200；2.國網弋陽縣供電公司，江西 弋陽 334414）

0 引言

電能已經成為現在社會中必不可少的清潔能源，隨著經濟、社會的不斷的發展，對電能的質量和傳輸的距離的要求也越來越高[1]。在電力系統中，為降低電能在遠距離輸送中的損耗，需要進行大量的容性無功功率就地補償，實現無功就地平衡。而電力電容器是電力系統無功功率補償裝置中最基本的元件，不僅能補償無功功率，還在改善電網電壓質量、降低電網線損、提高電網供電能力等方面起到了重要作用，因此對于電容器保護就顯得格外重要。目前，對于電容器的保護方法主要有：開口三角零序電壓保護、電壓差動保護、橋式差電流保護、中性線不平衡電流保護或中性點不平衡電壓保護[2-4]。而由于開口三角零序電壓保護接線簡單、元器件少、靈敏度較高[5]，因此，在10 kV不接地系統中，開口三角零序電壓保護的并聯電容器保護應用的最為廣泛。

1 電容器不平衡電壓保護原理

開口三角形零序電壓保護是反映電容器組內部故障的不平衡保護[6]，而在運行過程中，放電線圈實際上相當于電壓互感器，起到監測電容器電壓的作用。其二次繞組常接成開口三角，接線示意圖如圖1所示。

圖1 電容器不平衡電壓保護原理圖

從圖1可知，在正常運行且三相電源電壓平衡對稱時，不考慮相間電容值的偏差開口三角電壓的大小為0。電壓向量圖如圖2所示。

圖2 正常運行時電壓向量圖

當系統出現單相接地故障時，以C相出現接地故障為例，C相對地電壓降為0，兩相電壓升高為線電壓，雖然三相母線相電壓發生較大變化，但三相線電壓之間沒有變化，仍然對稱，同時電容器組三相容量相等，所以電容器組三相電壓亦對稱，相量圖如圖3所示。

圖3 單相接地時電壓向量圖

2 放電線圈接至10kV電容器進線電纜處時不平衡電壓保護原理

放電線圈接至10 kV電容器進線電纜處時的接線原理圖如圖4所示。

圖4 放電線圈接母線時的接線原理圖

從圖4可知，在系統正常運行時，與上文類似，電源三相電壓平衡對稱，開口三角形電壓的大小為0；電源的三相電壓與開口三角形電壓的向量圖所示；而在系統出現單相接地故障時，以C相出現單相接地故障為例，電源電壓與開口三角形電壓向量圖如圖5所示。

圖5 放電線圈接至母線側出現單相接地時電壓向量圖

由圖5分析可知：中性點不接地的系統中，當C相出現單相接地故障時，故障相C相電壓為0，非故障相A相電壓、B相電壓兩相電壓大小增加為原來的倍，相位為60 °，而開口三角形出現不平衡電壓，不平衡電壓大小為故障前相電壓大小的3倍即。由此可得出，放電線圈監測的是母線電壓而不是電容器本體的電壓，在正常運行時，由于電源電壓三相平衡，無論放電線圈監測的是母線電壓還是電容器本體的電壓，開口三角形的不平衡電壓都為0；而在系統出現單相接地故障時，在放電線圈接至母線這種情況下，會使開口三角形出現不平衡電壓，由于電容器的零序電壓保護的動作電壓是取的放電線圈的二次電壓，這就導致電容器的保護誤動，造成電網損失。

3 現場情況分析

現場設備接線如圖6所示。

圖6 設備現場接線

從現場接線圖來看，本來接至并聯電容器組的放電線圈接到了電容器間隔的進線電纜側，也就是接至10 kV母線側，且放電線圈中性點接地。當線路出現單相接地時，故障報文如圖7所示。

圖7 現場故障報文圖

從圖7分析可知，在2021年11月20日下午14：31分10 kV線路側出現了單相接地故障，而此時開口三角形電壓出現了106.374 V的不平衡電壓?，F場放電線圈采取的電壓比為（10 000/3）/（100/3），由上文分析可知，在理想狀態下出現單相接地故障時，開口三角形的不平衡電壓為3U0，即100 V，由于現場存在測量誤差、三相放電線圈本體的不平衡誤差、計算誤差等眾多因素，可認為現場出現的不平衡電壓與文中分析的一致。

4 結語

十八項反措中的10.2.1.7中明確規定了放電線圈的首、末端必須接在電容器本體的首、末端。而在工作現場由于安裝錯誤，將放電線圈接至了10 kV母線側。本文通過對電容器保護原理進行分析并結合現場實際發生的情況進行論證，可知在系統沒有出現故障時，電容器保護裝置能正確的不動作，而在系統出現線路單相接地故障時，會產生不平衡電壓導致電容器保護裝置誤動作，這會嚴重影響電力系統的安全運行。