一起电容器断线故障后的保护动作情况分析

潘晓明，汤峻，陈俊，戴宁迎

(苏州供电公司，江苏苏州215004)

10kV电容器组采用单星形接线的情况较多，一般采用电容器不平衡电压保护。在某些情况下，电容器不平衡电压保护将无法对电容器异常情况作出正确判断。

1 故障情况

2010年11月16日苏州市区某110kV变电站内第一组电容器运行中突然出现C相电流消失。二次检修人员现场检查发现，后台机C相电流遥测为0，保护装置上C相电流为0，开关柜上三相电流表中C相电流指示亦为0，但保护装置运行正常，无电容器不平衡电压保护未动作的告警信息。根据现场情况判断为C相一次回路上存在问题。将电容器停电检查，发现在C相电容器组与电抗器之间出现导线断裂情况。由于C相一次回路断开，造成C相电流消失。一般说来，由于C相电压消失，电容器不平衡保护应该会动作跳开电容器组的断路器。

2 情况分析

该电容器组为单星型接线方式（如图1所示），电容器容量为4800kvar，单节容量为200kvar，每相8只并接，设不平衡电压保护（整定：ΔU=5V，t=0.2s），不平衡电压取单相电容器两端放电PT开口三角组成的零序电压ΔU。正常情况下：

如果按常规考虑,当C相出现一次断线后，UC为0，则此时开口三角输出电压ΔU应该为：

电容器不平衡保护应该可靠动作。可是实际电容器保护未动作。

针对上述情况，对电容器保护不平衡电压二次回路进行检查及试验。（1）对电容器保护装置进行试验检查，零漂及采样均满足要求，保护动作情况正确，定值满足要求，整组传动正确，因此保护装置不存在问题。（2）对电容器组至10kV开关柜的二次回路进行检查核对，接线均正确，PT二次接地符合要求，因此电容器至10kV开关柜二次回路不存在问题。（3）对电容器组放电PT之间的二次接线进行检查，二次接线均正确，无错、漏接线。

排除装置及回路问题后，重新对系统发生故障时的情况进行了分析，发现当电容器C相出现断开后（如图2所示），分布在电容器A，B两相上的电压并未像初期认为的正常相电压而是发生了变化。根据电路原理[1]，分析电容器C相一次连接断开后的等效电路（如图3所示）。

图1 电容器单相接线

图2 电容器C相一次连接断开后的系统示意图

图3 电容器C相一次连接断开后的等效电路

（1）正常情况下，放电PT上A，B，C三相电压为系统额定相电压在电容器及电抗器上的分压，由于三相对称仅有少量的不平衡电压产生，可认为开口三角输出电压ΔU为：

（2）C相一次发生断线后分配在A，B两相上的一次电压为：

通过放电PT反应到二次的电压为：

式中：K为PT变比。开口三角输出电压ΔU为：

故电容器不平衡电压保护不动作。同时可知，A，B两相电压在C相接线断开之前与之后其相电压幅值与电容器中性点都发生了变化，其中相电压近似为原来的，中性点N点变化至N'点，如图4所示。

图4 电容器C相断线后电容器中性点发生偏移

（3）为了进一步确认分析正确性，通过监控系统录波对故障前后的测量电流量进行了比较，故障前A，B，C三相电流大小为240 A左右（如图5所示），故障后C相电流降为0，A，B两相电流变为210 A左右（如图6所示），由于各相容抗接近相等，而且故障前后容抗不会发生变化，因此可认为加在A，B两相上的电压发生了变化，变为原来的210/240=0.875倍，与分析中A，B相电压为0.866的相电压几乎相等。考虑容抗不可能完全相同的情况，因此当C相发生断开后，A，B两相电压变为接近原来的0.866倍，电容器中性点偏移至AB相电压连线中点处。

图5 电容器故障前电流情况

图6 电容器C相断线故障后电流情况

3 结束语

善于运用电工原理来分析现场发生的异常情况,往往能起到事半功倍的效果。另外单星形接线的电容器组在电力系统中使用很多，但大部分电容器保护不设电流断线判据。因此建议在电容器保护中增加CT断线判据，及时发现类似异常情况，保证系统安全稳定运行。

[1] 国家电网公司.继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.