10kV并联电容器组不平衡电压保护动作分析及探讨

第３１卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｖ０１．３１　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　１０　ｋＶ并联电容器组不平衡电压保护动作分析及探讨　张霖　（贵阳供电局，贵州贵阳５５０００１）　摘要：通过贵阳地区电网ｌＯ　ｋＶ并联电容器组不平衡电压保护频繁动作原因的调查，对其不　正确保护动作因素进行了详细的分析探讨，并提出了相应的防范措施，以避免或减少因保护频　繁动作造成的电容器损坏，影响电网运行的安全稳定性。　关键词：并联电容器组；　集合式；　不平衡电压；　串联电抗器　中图分类号：ＴＭ７１４．３文献标识码：Ｂ文章编号：１６７４－１７５７（２０１０）０２－００１１　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｔ　Ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｕｎｂａｌａｎｃｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　０ｆ　１０　ｋＶ　Ｓｈｕｎｔ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　Ｂａｎｋ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉｎ　（Ｇｕｉｙａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕｉｙａｎｇ　５５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｂａｌａｎｃｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　１０　ｋＶ　ｓｈｕｎｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｂａｎｋ　ｉｎ　Ｇｕｉｙａｎｇ　ａｒｅａ　ｄ，ｔｈｅ　ｉｎｃｏｒｒｅｃｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｃｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ；ｍｏｒｅ　ｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ＳＯ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ｏｒ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．　ｄ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｕｎｔ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｂａｎｋ；ａｓｓｅｍｂｌｅ；ｕｎｂａｌａｎｃｅ　ｖｏｌｔａｇｅ；ｓｅｒｉｅｓ　ｒｅａｃｔｏｒ　０　引言　并联电容器作为城市供配电网不可缺少的无　功补偿电源设备，对于改善电压质量、降低线损、　构上分为集合式电容器组和组架式电容器组两　类。集合式并联电容器由若干电容器单元集装于　一个外壳中构成，由于具有容量大、占地少、安装　提高电网供电能力发挥着重要作用。近年来，随　着贵阳供电局所辖电网的不断发展，无功补偿装　简便省时、运行维护方便等优点而被广泛应用；组　架式电容器组则由单台小容量电容器，通过串并　联组成。目前，贵阳地区电网１ｉ０　ｋＶ变电站　置的大量投运，使得电容器组在运行中暴露出不　少问题，特别是电容器组不平衡电压保护频繁动　作跳闸。通过外观检查和对电容器组本体的测　９０％以上的并联电容器组选用了集合式电容器　组。随着新建变电站的不断投运和选用集合式电　容器组数量的增加，加上变电站运行工况的复杂　试，发现除了有极少部分是电容器组内部发生故　障，而大部分电容器组本体内部和保护装置本身　都没有问题。　性，使得电容器组在运行中暴露出不少问题。近　年来出现了多起电容器组保护频繁动作，严重影　响了电网运行可靠性、增加了运行检修部门工作　１不平衡电压保护动作原因分析及探讨　贵阳地区电网运行中的并联电容器组，从结　收稿日期：２００９－１１－０２　量。由此，对２００８年１月至２００９年２月电容器　保护动作情况进行了统计，如表１所示。这段时　间内电容器组保护共动作了ｌ８次，不正确动作次　作者简介：张霖（１９７６一），男，工程师，主要从事高压试验与在线监测方面的研究。　第３ｌ卷第２期　２０１０年４月　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｖ０１．３ｌ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　数为１１次，占保护动作次数的６１％。１１次不正　确动作中有１０次发生在集合式电容器组，１次在　组架式电容器组。由统计数据可以看出电容器组　保护不正常动作情况比较严重，尤其集合式所占　比重更大。在这１１次不正确保护动作中，经初步　分析有贵乌变３次、瑞金变１次、黄金变１次属谐　波畸变放大造成；金关变、观水变、小箐变各１次　属保护动作整定值偏低造成，另外３次不正常动　作原因有待进一步查明。由此，根据统计数据对　电容器组保护动作的原因进行详细分析。　表１　２００８年１月一２００９年２月电容器组动作情况统计　１．１　电容器组内部故障造成电容量不平衡　１．２不平衡保护整定值偏低　一统计数据中电容器组保护正常动作的７次中　有５次都属于电容器组电容量超标所致，三相电　容量严重不平衡导致保护正常动作；另外２次是　由于放电线圈故障或者电缆头制作工艺不良造成　过流保护动作。电容量超标，究其原因大致有两　类：第一类是由于电容器组本身制造工艺、产品质　量以及长时间运行绝缘下降的原因导致电容量超　般情况下，电容器组零序电压保护动作原　因有：　１）电容器一次接线错误，当系统电压出现波　动和不平衡时，中性点电位偏移，而使零序电压增　大；　２）电压定值选择不合理，定值整定太低，不　能躲过正常运行的不平衡电压；　３）保护出口时间整定太短，躲不过电容器组　投入时产生的不平衡电压时间。　根据ＤＬ／Ｔ　５８４—１９９５《３～１１０　ｋＶ电网继电　标；第二类是由于电容器组单元内部的内熔丝熔　断切断故障元件导致电容量不平衡。不管是集合　式还是组架式结构，电容器单元里的单个元件都　带有内熔丝，虽然单个元件故障时被隔离所引起　电压、电流的变化很小，但造成其他运行元件承受　的电压加大。当遇到电网波动或暂态不平衡时故　保护装置运行整定规程》中的不平衡保护的计算　公式，每相装设单台集合式电容器、电容器内部小　元件按先并后串且有熔丝连接的电容器组，三相　差压的计算按式（１）进行。　Ｋ＝３ｎｍ（Ｋｖ一１）／［Ｋｖ（３ｎ一２）］　（１）　障元件扩大，同时，故障元件被内熔丝不断隔离，　电容量不平衡不断加大，最终超出定值。　・１２・　第３ｌ卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｖｏ１．３１　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　３ＫＵｅ　Ｕｃｈ　，　（３）　定电压来整定的要求。　１．３　电压谐波畸变放大　贵阳地区电网中大量的非线性负载，造成了　电网电流、电压波形发生畸变，从而引起电网的谐　Ｍｄｚ＝（ｕ。ｈ／　Ｐｒ）／Ｋ１　式中，Ｋ为因故障切除的同一并联段中的电容器　小元件数；ｍ为单台集合式电容器内部各串联段　并联的电容器小元件数；　为单台集合式电容器　内部的串联段数；Ｕｏ　为电容器组的额定相电压　波“污染”。为有效地抑制谐波污染，通常非常有　效和可行的方法就是在并联电容器的回路中串联　电抗器。串联电抗器的主要作用是抑制高次谐波　和限制合闸涌流　Ｊ，防止谐波对电容器造成危　害，避免电容器装置的接入对电网谐波的过度放　大和谐振发生。但是，串联电抗器绝不能与电容　（一次值）；Ｋｖ为过压系数；Ｋ。　为灵敏系数；Ｍｅｈ为　开口三角零序电压（一次值）；　为放电线圈的　Ｐ，ｒ变比；Ｕｄｚ为保护整定值。　由式（３）可以看出保护动作值的计算跟放电　线圈ＰＴ变比相关，ＰＴ变比选小了，对设备的安全　器组任意组合，更不能不考虑电容器组接入母线　处的谐波背景。　基于串联电抗器的选择与谐波放大关系问　运行不利，选大了，保护容易误动。　选错也是　影响定值低的原因之一。同时在规程范围内过压　题，通过建立带有谐波源的电容器装置简化电路　模型，推导得出谐波电压放大率计算公式　系数取值不同，灵敏系数的取值不同，会使得保护　动作定值相差很大。以前，为了保证电容器的可　靠运行，整定原则是：过压系数取下限，灵敏系数　取上限。但这种整定原则容易使得不平衡电压保　护，由于整定值偏低多次动作，且与电容器异常情　况无关，最终影响了电网无功补偿。　在贵阳电网１１０　ｋＶ及２２０　ｋＶ变电站，集合　式电容器组不平衡保护整定值一般采用３．５　Ｖ到　５　Ｖ，出口时间整定为０．２　Ｓ。针对整定值设定问　，ＶＮ　ｌ　Ｉ　ｎ：Ｋ一１　ｌ　ｌ　…　式（４）中，ｓ＝Ｘ。／Ｘｃ＝ＱｃＮ／Ｓ　；Ｋ为电抗率（Ｋ＝　ＸＬ／Ｘ　）；｜ｓ　为电容器装置接人处母线的短路容　量；ＱｃⅣ为电容器装置容量；　为串联电抗器基波　电抗；　为电容器组基波容抗。　假设电容器装置与电网在第ｒｔ次谐波发生串　题，有些学者认为集合式电容器组按规程中的公　式计算：过压系数应取上限，灵敏系数取上限；个　别频繁动作的电容器组可做适当调整，过压系数　取上限，灵敏系数取下限，最大差压定值按不超过　６　Ｖ整定　．２　Ｊ。按此原则对于个别频繁动作的电　联谐振，可导出电容支路的串联谐振点公式（５）　ｎ＝　＝１／　（５）　按照系统和元件的参数　（即系统短路容量　为２４４．９８　ＭＶＡ、电容器装置容量２　４００　ｋｖａｒ、系统　等值基波短路电抗０．４５　Ｑ、电容器基波容抗　５０．４１７　ｎ）代人式（４）中，计算串联电抗器电抗率　分别为１％、６％、１２％情况下电容器组对１～９次　谐波电压放大率Ｆ　的结果见表２。　容器组在检查其电容器正常时，可将整定值适当　提高至６　Ｖ；同时，不平衡保护定值必须满足按完　好小单台电容器上长期运行电压不超过１．１倍额　表２　２　４ＯＯ　ｋｖａｒ电容器组配置电抗率分别为ｌ％、６％、１２％的串联电抗器时电网１—９次谐波电压放大率　由表２计算结果看出，２　４００　ｋｖａｒ电容器组配　置电抗率为６％的串联电抗器，会造成３次谐波　电压放大，超过公用电网谐波电压（相电压）　３．２％的限值　；电抗率为１２％的串联电抗器则　会抑制３次及以上谐波电压放大。如果在３次谐　波含量比较大的电网中，配置电抗率为６％的串　・１３・　第３１卷第２期　电力电容器与无功补偿　Ｐｏｗｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　Ｖ０１．３ｌ　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２０１０　２０１０年４月　联电抗器则是非常不恰当的，加重了电网谐波污　表３３可知：“每相由３个套管引出的电容器组，应　染。以此类推，当电抗器电抗率配置正确，而电容　器组电容量选择不当时也会造成谐波电压放大。　贵阳地区电网电容器组实际运行中，２２０　ｋＶ　变电站选用的电抗器电抗率均为１２％，１１０　ｋＶ变　电站均采用串联电抗器电抗率为６％。如果　１１０　ｋＶ电网中谐波污染比较严重，尤其包含大量　的３次谐波分量，这时电容器组不平衡电压保护　的开口三角由于零序分量的存在具有一定的电压　值。当各谐波源分别注入电容器的谐波电流一定　测量每两个套管之间的电容量，其值与出厂值相　差应在５％范围内”，建议适当放大集合式电容器　的差压保护整定值，对于个别频繁动作的电容器　组，可做适当调整：过压系数取上限，灵敏系数取　下限。　２．４检查串联电抗器的电抗率是否与电容器组　电容量匹配　考虑到３次谐波对电容器组的影响，在选择　电容器补偿装置串联电抗率时，应根据电力系统　时，由于实际上谐波分量相位、幅值的不确定性等　因素，在３次谐波幅值经叠加后差异较大，并经电　抗率为６％的电容器放大后，从开口三角反映出　的零序电压幅值也随着变大，超过整定值时，会造　成保护动作，导致电容器组不能正常投入运行。　谐波的实际情况进行合理选择，尽量避免可能发　生的谐波放大问题，确保电容器组的安全运行。　对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大　或减小电容器组的容量；对于电抗率选择不合理　的电容器装置，必须更换匹配的串联电抗器。　由表１可以看出所有１１次不平衡保护不正确动　作均发生在１１０　ｋＶ变电站，串联电抗器均为　６％，且有６次发生在贵乌变、瑞金变等城中站。　这反映出贵阳市内１　１０　ｋＶ电网的谐波污染程度，　暴露出由于谐波污染造成电容器组保护误动作，　是影响电网稳定可靠运行的安全隐患。　３结束语　电容器组电压保护经常动作跳闸，除了少部　分是电容器内部故障引起外，大部分是因错误接　线、保护整定不合理、检修维护测试不到位、电网　谐波危害所致。由于电容器组对电力系统安全、　２改进建议　２．１定期测量电容量　稳定、经济运行起着重要作用，所以必须加强运行　维护的力度，以避免或减少电容器的频繁损坏，提　高电网运行的安全稳定性。　参考文献：　［１］周景秀，纪会争．１０　ｋＶ并联电容器组不平衡电压保　护整定分析［Ｊ］．华北电力技术，２００５（增刊）：２６－２９．　当检查发现电容量将发生变化超过３％时，　则立即检查电容器组内部单元是否有个别内熔丝　熔断，及时发现并将故障单元电容器退出运行。　２．２扩大电容器组检查范围　在查找集合式电容器差压保护动作故障时，　除了检查电容器本体以外，还需要对其不平衡保　护回路的放电　线圈、继电器及二次电缆等设　备一ｌ司检查。　［２］ＤＬ／Ｔ５８４—１９９５　３—１１０　ｋＶ电网继电保护装置运行　整定规程［Ｓ］．　［３］潘艳，刘连光，胡国新．补偿电容器串联电抗对无　源ＬＣ滤波器性能的影响［Ｊ］．电网技术，２００１，２５　（７）：５６—５９，７１．　２．３适当调整保护动作整定值　［４］陈伯胜．串联电抗器抑制谐波的作用及电抗率的选　参照Ｑ／ＣＳＧ　１０００７—２００４＜＜电力设备预防性　试验规程》中有关集合式电容器对电容值的规定　择［Ｊ］．电网技术，２００３（２７）：９２－９５．　［５］ＧＢ／Ｔ　１４５４９—１９９３电能质量公用电网谐波［ｓ］．　欢迎投稿！欢迎订阅！欢迎刊登广告！　・１４・