并联电容器组的保护及应用

摘　要：列举并联电容器组的常见故障及异常运行方式，对电容器组的通用保护和不同接线方式下的不平衡保护，以及各种保护的优缺点进行分析和总结

关键词：电容器组；故障；保护

　　电力电容器是一种静止的无功补偿设备。它的主要作用是向电力系统提供无功功率，提高功率因数。采用就地无功补偿，可以减少输电线路输送电流，起到减少线路能量损耗和压降，改善电能质量和提高设备利用率的重要作用。对其配置合理完善的二次保护装置对提高电容器组的运行可靠性起到至关重要的作用。下面主要结合项目中的设计对变电所中电容器组的保护配置进行分析和总结：
　　

      1、并联电容器组可能出现下列故障及异常运行方式：
      a.电容器组和断路器之间连接线短路
      b.电容器内部故障（单只开路或短路）及其引出线短路
      c.电容器组中，某些故障电容器切除后所引起剩余电容器的过载或（和）过电压

      d.电容器组的单相接地故障
      e.电容器组过电压
      f.所联接的母线失压
　　电容器在变电所各种设备中属于可靠性比较薄弱的电器，它比同级电压的其他设备的绝缘较为薄弱，内部故障机会较多，运行条件比较严峻，除了遭受外部过电压和短路故障等一般因素影响外，还存在操作频繁，合闸涌流，高次谐波等特殊问题。因此电力电容器的保护问题比较复杂。

      2. 电容器组应配置的通用保护装置：
　　对于电压在1千伏及以上的高压电容器组，总容量不大于100千乏时，可以用跌开式熔断器保护和控制；100—300千乏时应采用带熔丝的负荷开关保护和控制：大于300千乏时，  则应采用油开关并加装相间电流保护等使之动作于跳闸。电容器组采用熔断器保护时，其熔丝的额定电流不应超过电容器组额定电流的l．5倍。在装用电压为1000伏以下的低压电容器组时，应采用带有电流脱扣的自动开关控制和保护。
　　（1）对于单台电容器，最简单、有效的保护方式是采用熔断器，其熔丝的额定电流可取电容器额定电流的1.5-1.2倍。这种保护简单、价廉、灵敏度高、选择性强，能迅速隔离故障电容器，保证其他完好的电容器继续运行。保护熔丝还有明显的标志，动作以后很容易发现，运行人员根据标志便可容易地查出故障的电容器，以便更换。但由于熔断器抗电容充电涌流的能力不佳，不适应自动化要求等原因，对于多台串并联的电容器组保护必须采用更加完善的继电保护方式。
　　（2）对于电容器组和断路器之间连接线短路故障，电容器组的过电流和内部连接线的短路，应设置过电流保护。为避免合闸涌流引起保护的误动作，过电流保护应有一定的时限，一般将时限整定到0.5s以上就可躲过涌流的影响。

　　（3）电抗器限流保护：与电容器串联的电抗器，具有限制短路电流、防止电容器合闸时充电涌流及放电电流过大损坏电容器。除此之外，电抗器还能限制对高次谐波的放大作用，防止高次谐波对电容器的损坏。
　　（4）电容器组的过压和低压保护：电容器组的电压保护是利用母线电压互感器TV测量和保护电容器。电容器电压保护主要用于防止系统稳态过电压和低电压，过电压保护的整定值一般取电容器额定电压的1.1倍。目前国内外多使用氧化锌避雷器（MOA）对并联补偿电容器进行操作过电压保护。
　　（5）电容器组的过负荷：电容器过负荷的原因，一是运行电压高于电容器的额定电压，另一种情况是谐波引起的过电流。在电力系统中，并联电容器常常受到谐波的影响， 特殊情况，还可能在某些高次谐波产生谐振现象，产生很大的谐振电流。谐波电流将使电容器过负荷、过热、振动和发出异音，使串联电抗器过热，产生异音和烧损。谐波对电网的运行是有害的，首先应该对产生谐波的各种来源进行限制，使电网运行电压接近正弦波形，否则应装设过负荷保护。
　　此外，并联电容器组是否要装设单相接地保护，应根据电容器组所在电网的接地方式及电容器装置的绝缘情况来确定。
　　
      3.电容器组内部故障的专用保护?

      电容器组是由许多单台电容器串联组成，个别电容器故障由其他相应的熔断器切除，对整个电容器组无多大影响。但是当电容器组中多台电容器故障被熔断器切除后，就可能使继续运行的剩余电容器严重过载或过电压，因此必须考虑专用的保护措施。电容器发生故障以后将引起电容器组内部相应两部分之间的电容不平衡，利用这个特性可以构成各种保护方式。其基本原理是利用电容器组内部某两部分之间的电容量之差形成的电流差或电压差构成的保护，故称为不平衡保护，又可分为不平衡电流和不平衡电压两种类型。
　　高压电容器组的接线方式，宜采用单星形接线或双星形接线。低压电容器或电容器组，可采用三角形接线或中性点不接地的星形接线方式。不同的接线形式采用不同的专用保护：
　　（1）单星形接线的电容器组，可采用开口三角电压保护：将放电器的一次侧与单星形接线的每相电容器并联放电器的二次线圈接成开口三角形，电压互感器的一次绕组兼作电容器放电线圈，可防止母线失压后再次送电时因剩余电荷造成的电容器过电压。正常运行时，中性点无位移，开口三角形两端无电压。当任一台电容器有故障，中性点产生位移，开口三角形两端出现零序电压，达到整定时保护动作。这种保护方式的优点是不受系统接地故障和系统电压不平衡的影响也不受三次谐波的影响灵敏度高安装简单是国内中小容量电容器组常用的一种保护方式。
　　（2）双星形接线电容器组，可采用不平衡电流或电压保护方式：将一组电容器分成容量相等的两个星形电容器组(特殊情况两个星形电容器组的容量也可不相等)，在两个中性点间装设小变比的电流互感器，即构成双星形中性点不平衡电流保护接线。其缺点是要将两个星形的电容器组调平衡较麻烦，且在同相两支路的电容器发生相同故障时，中性点间的不平衡电流为零或很小保护不动作。双Y形接线的电容器采用不平衡电压保护时，可用TV改换TA。即将TV一次绕组串在中性线中，当某电容器组发生多台电容器故障时，故障电容器组所在星形的中性点电位发生偏移，从而产生不平衡电压。
      （3）电容器组为三角形接线时，通常用于较小容量的电容器组，其保护采用零序电流保护（见图1）。
　　
　　　　　　　　　　　
      （4）每相能接成四个桥臂的单星形电容器组，可采用桥式差电流保护（见图2）：当电容器组每相的串联段数为双数并可分成两个支路时，在其中部桥接一台电流互感器，即构成桥式差电流保护 接线。正常运行时四个桥臂容抗平衡，因此桥差接线的M和N之间无电流流过。当四个桥臂中有一个电容器组存在多个电容器损坏时，桥臂之间因不平衡，在差接线MN中就流过不平衡差流。由于保护是分相设置的，根据动作指示可以及时判断出故障相别，这种保护的缺点是当桥的两臂电容器发生相同故障时，保护将拒动
　　
　　　　　　　   
      （5）串联段数为二段及以上的单星形电容器组，可采用电压差动保护（见图3）：电容器组每相由两个电压相等的串联段组成(特殊情况两个串联段的电压可以不相等)，放电器的两个一次线圈电压相等(放电器的端电压应与电容器的两段电压相配合可以不相等)并与电容器的两段分别并联连接，放电器的两个二次线圈按差电压接线即反极性相串联构成了电压差动保护。这种保护方式不受系统接地故障或电压不平衡的影响，动作也较灵敏，根据断电器的动作指示可以判断出故障相别。缺点是使用的设备比较复杂，特殊情况还要加电压放大回路。当同相两个串联段中的电容器发生相同故障时保护拒动。
　　
　　　　　　　　　　
　　为了减少电容器损坏，防止电容器事故扩大，并联电容器装置必须有完善和周密的保护装置，正确选择配备合适的保护方式有利于在事故发生时迅速有效的切除故障，找出故障产生的原因，以保障变电所乃至电网的安全稳定运行。                                         
　　目前实际项目中，多采用新式的电容器测控保护装置，它不但配备完善可靠的综合继电保护功能,还实现了完善的测控功能及强大的网络通信功能,能够记录丰富的运行操作信息和故障信息,够更好地实现变电站综合自动化及间隔层单元的信息共享,。