35KV电力电容器组内部故障保护方式

杨堆元

（天津机电职业技术学院，天津 300131）

电力系统中的工业负荷及民用负荷，大多数为感性负荷。感性负荷的弊端是消耗着大量的无功功率，而补偿无功功率的途径有两条：一是由供电系统直接补偿，但是这将增加输电线路和变压器损耗，降低系统的使用效率；二是用电力电容器补偿。35KV配电网远离发电厂，故一般选用第二条途径，即电力电容器补偿，其方式分别为35kv变电站高压集中补偿（方式1）、10kv高压集中补偿（方式2）、低压集中补偿（方式3）、用户终端分散补偿（方式4）等，如图1所示。运行中的电容器会出现故障，以下就35KV电力电容器组故障及其保护加以论述。

图1 间接补偿常用方式

一、电力电容器内部故障

（一）电容器故障的类型

电容器故障分为以下几种类型：（1）电容器内部薄弱环节处出现连续击穿；（2）母线电压升高，造成电容器内部击穿；（3）个别电容器切除后引起的谐振过电压，造成电容器内部击穿；（4）绝缘损坏造成某一相接地；（5）引线、套管相间短路。

（二）工厂电容器内部爆炸故障排除

尽管电容器质量在不断的提高，运行故障率不断下降，但电容器的保护仍然是我们的主要目的。

实例1：在中性点不直接接地的电力系统中，单相接地是常见的故障之一。一天，电气控制室光字牌发出“6KV母线接地”、“3发电机定子接地信号”。按运行规程对各馈线出线检查处理，均未找到接地点。当时发现，三相对地电压分别为Uad＝1．0KV、Ubd＝5．4KV、Ucd＝5．0KV（标准为3．64KV），为A相不完全接地有可能为发电机定子绕组内部接地或电压电容器熔丝熔断。经过对各6KV高压熔断器的熔丝检查，发现高压电容器熔丝熔断（该厂的高压电容器是与避雷器相配合的防护型电容器，选用YY6．3系列）。经更换熔芯，接地信号消失，系统恢复正常。

实例2：该厂35KV总变电站原有一台SF7－8000／35主变更换成SF7－10000／35主变。一天，由35KV侧送电时，光字牌发出“6KV母线接地”信号，对电压互感器开口三角检查，电压达到70V，而绝缘监察指示，三相电压又是基本对称。由于原来的8000KVA变压器是在用设备，仅更换了变压器及高低压母排，二次回路接线未动，只进行了保护定值校验试验。当时主变带6KV母排为空载，对可能接地开关、刀闸、避雷器及二次系统进行检查，并测6KV母排绝缘，未找到原因，最好通过6KV倒充电，没有出现接地信号，系统投入正常运行。

实例1、实例2事故原因分析：这两起误发接地信号故障都是由于三相电容不平衡引发的。实例2中，A相电容器熔丝熔断后，造成三相电容不平衡；实例3中，变压器空载运行时，6KV侧线圈及所带母线桥由于长短不一，三相对地电容不平衡相对值较大，中性点就会产生漂移。而在整定零序电压保护的动作电压时，为了提高保护灵敏度，缩小保护死区，一般按普通电磁型电压继电器的最小动作电压15V整定（开口三角二次有漂移，很容易误发接地信号）。变压器带负荷后，三相对地电容主要由电力线路决定，母线电容处于次要地位，电压漂移就不明显了。

实例3：工厂变电站发生的一起35KV补偿电容器爆炸起火事故，该站电容器为单星型接线，设置了过流、过压及失压保护环节，还装设了保护单台电容器的专用喷逐式熔断器。但是没有配置合理、完善的电容器组内部保护环节，喷逐式熔断器熔断时，不能使电容器组保护断路器及时分断，而后当发生线路单相接地时，引起电容器爆炸起火。

具体情节如下：电容器组保护熔断器熔断后，负载侧熔丝尾线挂在了电容器外壳上不会使电容器带电。但故障后几分钟，该站一条35KV出线断线后，搭在线路变压器接地金属台架上，造成中性点对地电弧接地过电压可能达5倍的相电压。此过电压通过中性点、接地电容器外壳和熔断了的熔体尾线直接加到该电容器，致使电容器内部元件过电压击穿，并引起爆炸起火。

实例3原因分析：经厂家技术人员和工厂电工共同分析：为了线路运行安全，在高压电容器保护中除了应配置内部熔断器保护方式外还应配置合理、完善的其它内部保护方式，利于熔断器熔断后，尾线搭挂至电容器外壳或单相接地时，均能使电容器组断路器及时分断，退出电容器组运行，避免事故的扩大。

二、内部故障保护方式

减少和避免电容器的爆裂是大家关心的一个现实问题，设法达到这个目的又是科研、制造、设计、运行等各部门的共同任务。电容器因其内部故障而损坏是难以避免的。因此在使用电容器的同时，必须采取相应的可靠保护措施。一旦发生内部故障，保护装置应迅速动作，将故障电容器退出电网，防止箱壳爆裂。

目前广泛采用继电保护和熔断器保护两种方式来对付电容器的内部故障。但就保护效果来看，对于防止电容器内部元件击穿后引起的箱壳爆裂事故，则熔断器的保护方式比较有效和可靠。熔断器保护又可分为单台熔断器保护（即用一台熔断器单独保护一台电容器）和分组熔断器保护（即用一台熔断器保护几台电容器）两种。

电力电容器运行中发生损坏故障，既有电容器本身的质量原因，也有其配置的保护方式不合理、不完善的原因。在35kv变电站高压集中补偿中，为减少因电容器内部故障而导致事故蔓延，发生“群爆”现象，需要分别对熔断器保护、零序电压保护、电压差动保护、双星形联结的电容器组保护方式论述如下。

（一）熔断器保护

熔断器的保护是为了在某个电容器造成局部击穿时，熔断器能切断并隔离故障元件，保证其他完好元件的继续正常运行。优点是：熔断器安装简单，选择性好，故障后可以直接找到故障电容器；熔断器熔断时间一般只需几毫秒，加上燃弧时间最多在20ms内即可切断短路电流，能防止电容器故障扩大。缺点是：熔断器保护熔断器熔断时不能使断路器分断。所以在高压电容器保护中一般都与其他内部保护方式相配合使用，以保证可靠动作。

（二）零序电压保护

零序电压保护如图2所示，通过电压互感器开口三角形获得零序电压，电压互感器一次绕组作为电容器C放电线圈。当电容器组中内部发生故障时，电容器组三相电容将不对称，导致容抗不相等，在开口三角处会出现零序电压。当电容器电压长期超过1．1倍额定电压时，零序电压大于整定值，出于保护电容器的需要，断路器将及时分断，防止其他电容器的损坏。

零序电压保护（开口三角形不平衡电压保护）由于其本质的原因易受系统影响，如电压的波动、闪变、电网相间电压不平衡（特别是线路故障）等可能产生保护误动作。因此，零序电压保护一般不用于35KV电网等级，而常用于10KV电网等级。

（三）电压差动保护

电压差动保护如图3所示，电容器组为单星形联结，每相为两组电容器组串联组成，采用电压差动保护方式。图中只画出C相TV接线，其他两相相似。TV的一次绕组兼作电容器组的放电回路，TV二次绕组接成压差式及反极性相串联。正常运行时，Xc1＝Xc2，压差为零；当电容器C1或C2中有多台电容器损坏时，Xc1≠Xc2，压差接线的二次绕组中出现Uunb，Uunb＞Uset，保护动作。

图2 零序电压保护

图3 电压差动保护

电压差动保护一般用于每相有两个串段的电容器组，一次线圈分别接电容器的两串段，二次线圈按差动联接。优点是：不受三相电压不平衡和单相接地故障影响。缺点是：当某相两个串段内的电容器同时发生故障且故障台数相同时，不能正确反映。故在35KV电网等级上，对于容量较小的电容器组，可采用以相电压差动方式保护的单星形接线。

（四）双星形联结的电容器组保护（中性线不平衡电流保护）

双星形联结的电容器组保护如图4所示，采用不平衡电流保护方式，图中TA是测量中性线不平衡电流的零序电流互感器，当同相的两电容器组C1或C2中发生多台电容器故障时，Xc1≠Xc2，使得中性线上流过不平衡电流Iunb，当Iunb＞Iset，保护动作。

图4 双星型联接的电容器组保护

该保护不受三相电压不平衡和谐波的影响，灵敏度较高。在正常情况下，两星形中性点之间无电流流过。当任一台电容器内部串联元件被击穿时，中性点间流过不平衡电流，当Iunb＞Iset，保护动作。广泛应用于35KV容量较大的电容器组保护中。

双星型联结的电容器组采用不平衡电压保护时，可用TV改换TA。即将TV一次绕组串接在中性线中，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型的中性点电压发生偏移，从而产生不平衡电压。当Uunb＞Uset时，保护动作。

总之，随着我国高压配电网无功补偿需求的增大，作为电力系统中最常用的无功补偿设备电力电容器的使用率也大量增加。合理配置电容器保护装置，保证电容器安全运行越显尤为。

［1］郭光荣，李斌．电力系统继电保护［M］．北京：高等教育出版社，2007．

［2］王永红等．500KV变电站并联电容器组保护整定的若干问题［J］．电力自动化设备，2010，（08）．

［3］张雄伟．并联电力电容器保护［J］．电力电容器与无功补偿，2008，（06）．