電力電容器差壓保護(hù)論文
電力電容器差壓保護(hù)與不平衡電壓保護(hù)
摘 要：繼電保護(hù)的配置應(yīng)針對(duì)一次設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)配置最適合的保護(hù)。電力電容器差壓保護(hù)與不平衡電壓保護(hù)都是在電力系統(tǒng)中廣泛用于電力電容器原件的主保護(hù)。如何實(shí)現(xiàn)兩種保護(hù)的適當(dāng)配置，并且在技改，運(yùn)行過程中，準(zhǔn)確監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)，合理的整定繼電保護(hù)定值都關(guān)系到電力電容器繼電保護(hù)裝置能否準(zhǔn)確反映故障，穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)要求。分析了電力電容器差壓保護(hù)與不平衡電壓保護(hù)所適用的具體環(huán)境，針對(duì)電力電容器一次接線方式，配置相應(yīng)保護(hù)，加強(qiáng)繼電保護(hù)測(cè)量得故障量前中間環(huán)節(jié)的檢測(cè)，能進(jìn)一步優(yōu)化電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞 ：電力電容器；差壓保護(hù)；不平衡電壓保護(hù)
�。� 引 言
電力電容器因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特殊性，往往采用能直接反映電容器內(nèi)部故障的電容器差壓保護(hù)或不平衡電壓保護(hù)作為主保護(hù)，電力電容器過流保護(hù)雖然能起到切除故障的作用，但其靈敏性與速動(dòng)性落后于差壓保護(hù)與不平衡電壓保護(hù)。電力電容器作為電網(wǎng)中重要的無功補(bǔ)償元件能有效保障電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，電力電容器繼電保護(hù)的合理配置，與放電線圈測(cè)量繼電保護(hù)回路等沒有引起足夠的重視。因?yàn)殡娏﹄娙萜骼^電保護(hù)配置不適當(dāng)，初始不平衡電壓的存在造成保護(hù)誤動(dòng)的事件時(shí)有發(fā)生。
１ 電力電容器不平衡電壓保護(hù)誤動(dòng)分析
�。保� 事故經(jīng)過與處理
�。玻埃保材辏苍拢玻慈胀�，湖北孝感２２０ｋＶ熊家嘴變電站１０ｋＶ熊＃４電容器組放電線圈二次測(cè)量回路開口三角測(cè)量電壓達(dá)到６Ｖ限值，不平衡電壓保護(hù)動(dòng)作，熊４４開關(guān)跳閘，熊＃４電容器組退出運(yùn)行。經(jīng)孝感供電公司變電檢修中心事故后對(duì)熊＃４電容器進(jìn)行了各相內(nèi)分電容量的檢查，放電線圈變比試驗(yàn)后中發(fā)現(xiàn)。２月２４日晚發(fā)生故障跳閘的熊＃４電容器內(nèi)部無故障，各相內(nèi)分電容量一致，放電線圈變比一致。從而證實(shí)，２４日晚間故障熊４４開關(guān)跳閘為系統(tǒng)存在瞬態(tài)的三相電壓不平衡，導(dǎo)致三相放電線圈一次繞組電壓不一致，引起二次繞組電壓有偏差，使得開口電壓超標(biāo)從而造成的熊４４開關(guān)誤動(dòng)切除了１０ｋＶ熊＃４電容器。
２０１２年４月孝感供電公司變電檢修中心安排對(duì)３臺(tái)集合式電容器１０ｋＶ熊＃１電容，熊＃３電容，熊＃４電容進(jìn)行了繼電保護(hù)不平衡電壓保護(hù)改接為差壓保護(hù)。熊＃１、＃３、＃４電容均為同一廠家的集合式電力電容器其一次接線形式為單星型接線，但每相由兩組電容器串聯(lián)組成。熊＃２電容器為框架式電力電容器，其一次接線形式為單星型接線。１０ｋＶ熊＃１、＃２、＃３、＃４電容器內(nèi)部接線方式（見圖１、圖２、圖３）。
�。� 差壓保護(hù)的應(yīng)用
�。玻� 差壓保護(hù)的原理
差壓保護(hù)一般用在成兩串型式電容器，即每相電容器由兩串電容器組成，因此用差壓保護(hù)。
電容器的差壓保護(hù)就是根據(jù)串聯(lián)電阻的分壓原理。是通過檢測(cè)同相電容器兩串聯(lián)段之間的電壓，并作比較。當(dāng)設(shè)備正常時(shí)，兩段的容抗相等，各自電壓相等，因此兩者的壓差為零。當(dāng)某段出理故障時(shí)，由于容抗的變化而使各自分壓不再相等而產(chǎn)生壓差，當(dāng)壓差超過允許值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。
�。玻� 差壓保護(hù)的整定計(jì)算
差動(dòng)電壓定值按部分單臺(tái)電容器（或單臺(tái)電容器內(nèi)小電容元件）切除或擊穿后，故障相其余單臺(tái)電容器所承受的電壓不長(zhǎng)期超過１．１倍額定電壓的原則整定，同時(shí)，還應(yīng)可靠躲過電容器組正常運(yùn)行時(shí)的段間不平衡差電壓。動(dòng)作時(shí)間一般整定為０．１～０．２ｓ。
對(duì)未設(shè)置專用單臺(tái)熔斷器保護(hù)的電容器組：
Ｕｄｚ為動(dòng)作電壓（Ｖ）；ｎｙ為電壓互感器變比；Ｋｌｍ為靈敏系數(shù)，�。保玻怠保�；Ｕｃｈ為差電壓（Ｖ）；Ｋ為因故障而切除的電容器臺(tái)數(shù)；β為任意一臺(tái)電容器擊穿元件的百分?jǐn)?shù)；Ｎ為每相電容器的串聯(lián)段數(shù)；Ｍ為每相各串聯(lián)電容器并聯(lián)臺(tái)數(shù)。ΔＵｃ為故障相的故障段與非故障段的壓差（Ｖ）；Ｕｅｘ為電容器組的額定相電壓（Ｖ）。
２．３ 系統(tǒng)電壓對(duì)差壓保護(hù)的影響
從原理上可知因兩段是串聯(lián)在電路上的，因此當(dāng)電容器是正常的情況下，電網(wǎng)電壓對(duì)護(hù)保影響是有限的（暫態(tài)過壓除外）。同時(shí)１０ＫＶ系統(tǒng)為非有效接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)只影響相對(duì)地的電壓，相及相間電壓并沒有改變，因此對(duì)保護(hù)是沒有影響的。
�。� 不平衡電壓保護(hù)
３．１ 不平衡電壓保護(hù)的原理
不平衡電壓保護(hù)也可稱為開口三角形保護(hù)或零序電壓保護(hù)。它的原理是分別檢測(cè)電容器的`端電壓，再在二次端接成開口三角形得出零序電壓，從而發(fā)現(xiàn)三相是否平衡而得出設(shè)備是否有故障。
３．２ 不平衡電壓保護(hù)的整定
電壓定值按部分單臺(tái)電容器（或單臺(tái)電容器內(nèi)小電容元件）切除或擊穿后，故障相其余單臺(tái)電容器所承受的電壓（或單臺(tái)電容器內(nèi)小電容元件）不長(zhǎng)期超過１．１倍額定電壓的原則整定。同時(shí)還應(yīng)可靠躲過電容器組正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓，動(dòng)作時(shí)間一般整定為０．１～０．２ｓ。
零序電壓保護(hù)的整定計(jì)算。
對(duì)有專用單臺(tái)熔斷器保護(hù)的電容器組。
對(duì)未設(shè)置專用單臺(tái)熔斷器保護(hù)的電容器組。
Ｕｄｚ為動(dòng)作電壓（Ｖ）；ｎｙ為電壓互感器變比；Ｋｌｍ為靈敏系數(shù)，�。保玻怠保�；Ｕｃｈ為差電壓（Ｖ）；Ｋ為因故障而切除的電容器臺(tái)數(shù)；β為任意一臺(tái)電容器擊穿元件的百分?jǐn)?shù)；Ｎ為每相電容器的串聯(lián)段數(shù)；Ｍ為每相各串聯(lián)電容器并聯(lián)臺(tái)數(shù)；Ｕｅｘ為電容器組的額定電壓（Ｖ）。
�。常� 系統(tǒng)電壓對(duì)不平衡電壓保護(hù)的影響
因放電線圈一次端的兩個(gè)端口是直接接在電容器兩端的，因此它檢測(cè)的電壓只由設(shè)備的兩端電壓決定（這與線路上的電壓互感器的開口三角檢測(cè)不一樣：線路上的電壓互感器一次繞組，二次繞組均是是接地的，所以其二次側(cè)測(cè)量到的均為相對(duì)地電壓，而電容器放電線圈檢測(cè)到的均為相對(duì)中性點(diǎn)電壓即相電壓），而單相接地時(shí)并不影響到相及相間電壓，因此對(duì)電容器的保護(hù)并沒影響。
在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，地由零電位變?yōu)楣收舷嚯娢�，其他兩相的�?duì)地電壓均為線電壓，零對(duì)地為相電壓，用萬用表測(cè)電容器外殼與各相的電壓，兩相是線電壓一相是零。電容器三相電壓不變，電容器可照常工作，沒有過壓。
�。� 熊家嘴變電站１０ｋＶ電容器保護(hù)配置
在２０１２年４月改造工作進(jìn)行之前，熊＃１、＃２、＃３、＃４電容均采用不平衡電壓保護(hù)配置。熊＃１、＃３、＃４電容器為單星型兩串式接線方式，故本次２２０ｋＶ熊家嘴變電站智能化改造中將起保護(hù)配置為差壓保護(hù)，熊＃２電容為單星型接線方式，故仍采用不平衡電壓保護(hù)。
�。玻埃保材辏苍拢玻慈胀�， １０ｋＶ熊＃４電容器組放電線圈二次測(cè)量回路開口三角測(cè)量電壓達(dá)到６Ｖ限值，不平衡電壓保護(hù)動(dòng)作，熊４４開關(guān)跳閘，熊＃４電容器組退出運(yùn)行。經(jīng)檢查熊＃４電容器內(nèi)部無故障，進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)各相內(nèi)分電容量一致，放電線圈變比一致。
系統(tǒng)存在瞬態(tài)的三相電壓不平衡，導(dǎo)致三相放電線圈一次繞組電壓不一致，引起二次繞組電壓有偏差，使得開口電壓超標(biāo)從而造成的熊４４開關(guān)誤動(dòng)切除了１０ｋＶ熊＃４電容器（見圖4）。
由此看出，不平衡電壓保護(hù)存在的缺陷，是不能在試驗(yàn)過程中看人為控制的三相電源不平衡這一因素，通過試驗(yàn)可以檢查三相電容量，放電線圈變比及二次負(fù)載，電抗器電抗率等因素。雖然電容器不平衡電壓保護(hù)檢查的是相對(duì)中性點(diǎn)電壓，在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)不會(huì)誤動(dòng)，但是卻避免不了三相電源不平衡產(chǎn)生的零序電壓。
這種情況下將ｘ１與ａ２短接，ａ１與ｘ２的電壓引出與下一相的ａ１，ｘ２端子串聯(lián)形成開口三角。
不平衡保護(hù)與差壓保護(hù)的保護(hù)范圍均應(yīng)為電容器內(nèi)部故障，但不平衡電壓保護(hù)反映的是三相相電壓疊加之后產(chǎn)生的零序電壓，受到系統(tǒng)三相電壓不平衡的影響，有誤動(dòng)作的可能。而且，在電容器本身每相已分為兩段，且放電線圈也分為兩段的情況下，人為短接ｘ１，ａ２端子從而來采集ａ１與ｘ２端子上的每相端電壓的做飯也是較顯多余的。當(dāng)然因?yàn)榧夹g(shù)原因，２２０ｋＶ熊家嘴變電站１０ｋＶ電容器保護(hù)原保護(hù)為許繼電氣公司的ＷＤＲ－８２０只具備了不平衡電壓保護(hù)，在當(dāng)時(shí)條件下不得已對(duì)熊＃１、＃３、＃４電容也采用了不平衡電壓保護(hù)的配置方式。在２２０ｋＶ熊家嘴變電站智能化改造過程中１０ｋＶ電容器保護(hù)全部更換為了南京南自電氣公司ＰＳＣ－６４１保護(hù)裝置，其保護(hù)功能中已舉辦了分相采集差壓的“不平衡電壓１、不平衡電壓２、不平衡電壓３”。所以，熊＃１、＃３、＃４電容器在電容器內(nèi)部已分成兩組電容器串聯(lián)的情況下應(yīng)采用能更直觀反映電容器內(nèi)部故障的差壓保護(hù)（見圖5）。
這種接線方式下，ａ１與ａ２短接ｘ１與ｘ２間的電壓引入保護(hù)裝置，相當(dāng)于采集了兩串電容器組間的電壓做了一次比較，看是否相等，不等時(shí)的偏差時(shí)再分相引入繼電保護(hù)裝置，如此每相的差壓都是準(zhǔn)確反映電容器內(nèi)部電容量的平衡與是否有熔絲熔斷，存在單個(gè)小電容器退出后造成電容量不平衡而存在差壓。從此，可以清晰的看出在單星型兩串電容器組的接線方式下采用差壓保護(hù)更能準(zhǔn)備反映電容器內(nèi)部故障，并且有效的避免了系統(tǒng)三相電源不平衡對(duì)繼電保護(hù)的影響。
５ 電容器不平衡電壓保護(hù)誤動(dòng)作問題分析
有可能造成不平衡電壓保護(hù)誤動(dòng)作的原因：
�。�1）三相的電容不平衡。電容器本身三相不平衡誤差影響的， 這種情況是由于電容器制造原因產(chǎn)生，在投運(yùn)初期應(yīng)該從初始不平衡電壓的測(cè)量中進(jìn)行檢查。
（2）放電線圈之間變比的差異及放電線圈二次負(fù)載不平衡。放電線圈在投運(yùn)前應(yīng)進(jìn)行變比試驗(yàn)，二次回路阻抗也應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。
�。�3）三相的串聯(lián)電抗器電抗率的不一致。電容器所穿電抗器其本身的誤差過大或在電網(wǎng)內(nèi)存在較大的高次諧波。
（4）三相電源的不對(duì)稱。所有對(duì)電容器不平衡電壓的分析都必須考慮三相電源不對(duì)稱對(duì)不平衡電壓保護(hù)的影響。而不平衡電壓保護(hù)可以感知系統(tǒng)的零序分量，因變比關(guān)系又可以將系統(tǒng)的零序電壓放大３倍；系統(tǒng)零序電壓分量值與系統(tǒng)接地方式、空氣濕度、電網(wǎng)的電容電流等因素關(guān)系密切。接地方式和電網(wǎng)電容電流可以檢測(cè)，但空氣濕度無法人為控制，空氣濕度增大可直接導(dǎo)致電網(wǎng)零序電壓分量增加，曾發(fā)生過多起因陰雨造成的電容器開口三角不平衡電壓保護(hù)誤動(dòng)事故。
�。� 電力電容器在投運(yùn)前的初始不平衡電壓的檢查
綜合以上因素，電力電容器在投入運(yùn)行后，無故障情況下，因?yàn)楸旧黼娙萘�、電抗器電抗率、系統(tǒng)電源不對(duì)稱、放電線圈變比等因素造成不平衡電壓保護(hù)存在初始不平衡電壓，初始不平衡電壓產(chǎn)生過大的影響，極可能導(dǎo)致電容器不平衡電壓保護(hù)的誤動(dòng)。
故不平衡電壓保護(hù)在電容器投入時(shí)，繼電保護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行對(duì)初始不平衡電壓的復(fù)核。大于０．５Ｖ時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析原因，確認(rèn)不平衡電壓保護(hù)定值是否需要調(diào)整。
初始不平衡電壓需實(shí)測(cè)以糾正以上因素對(duì)保護(hù)整定計(jì)算帶來的影響。但在實(shí)際運(yùn)行中， 因?qū)Σ黄胶獗Ｗo(hù)的重視力度不夠， 往往只按廠家推薦定值或直接按相關(guān)整定公式計(jì)算出定值投入不平衡保護(hù)， 忽略了電容器自身的初始不平衡， 導(dǎo)致電容器不平衡電壓保護(hù)過于靈敏， 在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)生誤動(dòng)事故。
７ 結(jié)語
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)經(jīng)濟(jì)與居民用電都對(duì)電能可靠供應(yīng)與電能質(zhì)量提出了更高的要求，保證電能的可靠傳輸，電能質(zhì)量?jī)?yōu)良，是電力企業(yè)的工作重點(diǎn)。完善骨干變電站中的各類主設(shè)備元件的繼電保護(hù)配置，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)可靠的“智能電網(wǎng)”，是保障供電可靠性的重要技術(shù)手段。變電站內(nèi)各元件繼電保護(hù)的配置應(yīng)針對(duì)一次設(shè)備的實(shí)際結(jié)構(gòu)配置最適合的保護(hù)。如果在２０１２年２月前已經(jīng)完成了熊＃１、＃３、＃４電容的繼電保護(hù)更換工作，針對(duì)單星型兩串式電容器配置差壓保護(hù)，２月２４日的熊＃４電容器熊４４開關(guān)電容器保護(hù)誤動(dòng)作是完全可以避免的。同時(shí)無論是差壓保護(hù)還是不平衡電壓保護(hù)，因?yàn)槎冀?jīng)過了放電線圈測(cè)量這一中間環(huán)節(jié)，來測(cè)量一次設(shè)備的電壓，所以都需考慮中間設(shè)備不準(zhǔn)備的因素造成的測(cè)量電壓值不準(zhǔn)備，從而造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。所以在施工改造過程中，不僅僅是對(duì)電容量，電抗器電抗率等常規(guī)試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)放電線圈變比及二次回路負(fù)載的檢測(cè)。繼電保護(hù)人員應(yīng)在送電投運(yùn)后及時(shí)測(cè)量初始不平衡電壓，將實(shí)測(cè)值反映給繼電保護(hù)定值整定人員，防止電容器不平衡電壓保護(hù)過于靈敏， 防止發(fā)生誤動(dòng)事故。
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