并联电容器的继电保护装置及改进研究

邓立群

（内江职业技术学院，四川 内江 641000）

1 电力系统电容器概述

在电力系统中，无功功率的平衡将影响到整个系统的电压波动，已成为系统安全稳定运行的重要因素。并联电容器可以给用电设备提供无功，减少无功在输电线路和变配电设备中的传输，有效地提高电力系统供电效率，电容器能否安全可靠地运行对整个电力系统意义重大。在实际应用中，电容器故障发生率很高，合理配置电容器的保护装置，是保证电力系统的安全运行的前提。

2 电容器的保护

目前针对电容器组的保护主要有两个方面，一是电容器内部的熔丝保护，二是电容器组的继电保护。

2.1 电容器内部的熔丝保护

电容器内部的熔丝保护，又分为内部熔丝保护和外部熔丝保护。集合型电容器装有内熔丝，故一般采用内熔丝保护；由单只电容器构成的分散型电容器组，其出线端多采用外熔丝保护。

2.2 电容器组保护原理

根据电容器组的故障和不正常运行状态，电容器组的继电保护应设置过电流（过负荷）、过电压、欠电压保护；对于多串段组成的电容器组大都采用不平衡电压保护和不平衡电流保护来反映各串段的过电压（或欠电压）情况。

2.2.1 电流保护

电容器装设有定时限电流速断保护和过电流保护，在电容器或电容器与绝缘子、断路器、套管之间发生相间或对地短路故障时及时切除电容器。定时限电流速断保护动作值整定为3～5倍额定电流；为了躲过电容器投入过程中的涌流，保证保护的选择性，动作时间设为0.1～0.2 s；以电容器端部引线故障校验灵敏度，且灵敏系数不应小于2。

2.2.2 电容器过电压保护

过电压保护是为了防止电容器因为运行电压大于标准规定的要求而使电容器组遭损坏。引起电容器过电压的原因有两种，一种是外部过电压，即系统中设备故障或开关投切时，引起系统谐振，电容器组过电压。二种是内部过电压，即供电电压正常，电容器组内部切除部分电容器、故障或其他原因引起电容器组不平衡时，运行中的电容器电压分配异常，而产生过电压。实际工程中，本保护主要针对外部过电压。

2.2.3 低电压保护

低电压保护是防止在电容器组所接母线电压失去后，母线重新恢复供电时产生操作过电压或谐振过电压损坏电容器。在电容器母线失压时，将电容器从电网中切除。动作值按照保证在所接母线失压后保护可靠动作，且母线电压恢复后保护能够可靠返回的原则，整定为（0.2～0.5）额定电压。动作时限为保证其选择性按照大于本侧出线后备保护动作时限，设定为0.2～0.5 s。

2.2.4 零序电压保护

零序电压保护的零序电压来自开口三角形接线的电压互感器二次侧，也叫开口三角形保护，其接线图如图1所示。

图1 开口三角形电压保护

当电容器组正常运行时，三相电源电压对称、三相电容值相等，故电压互感器三相电压之和为零，开口三角形输出电压为零。若电容器运行过程中某相有电容器被切除或击穿后，三相电容器不再是对称运行，电压互感器二次侧电压之和不再为零，在开口三角处输出不平衡电压3U0，如果不平衡电压大于保护整定值时，则保护动作跳闸。其动作值一般整定为2～5 V，动作时间为0.1～0.2 s。

2.2.5 电压差动保护

电压差动保护是测量每相中点电压相对于该相线到中性点之间电压的变化。其接线如图2所示。

该保护适合于大容量的电容器组。因为大容量的电容器组一般采用双星形线，保护对同一相两个臂电容器之间的电压比较。正常运行时，两臂电压平衡，电压差几乎为零。当一臂中数台电容器被切除后，两臂电压失去平衡，电压差不为零，当电压差超过保护动作整定值时，保护动作与跳闸。

图2 电压差动保护

2.2.6 不平衡电流保护

不平衡电流保护是以电容器两星形中点间的差流作为起动依据。正常情况下，电容器组对称运行，中性点电位为零，电流互感器中电流几乎为零。而在某一个星形接线中的电容器中出现击穿或切除时，三相电容对称性被破坏，中性点电位偏移，电流互感器中将有差电流出现，如果差电流大于整定值，起动保护跳闸。

2.2.7 桥差电流不平衡保护

桥差电流不平衡保护通常用于大容量电容器。将每相的电容器接成电容器对称两个臂，在两臂中引入电流互感器。正常运行时，桥差电流几乎为零，保护不动作；当某臂中有电容器被切除，电桥失去平衡，当桥差电流大于动作值时，保护动作切除故障相，该方法不受相间电压不平衡的影响。

3 保护方法的改进研究

主要对电容器保护的以下方面进行改进：（1）系统谐波情况下过电压保护；（2）不平衡电流保护方法。

3.1 谐波情况下过电压保护

传统电容器过电压保护算法是通过采样母线电压序列值应用傅氏算法等算出电压峰值Um，然后由Um得出电压有效值，由电压有效值与过电压保护动作值比较，判断保护是否动作。

在谐波情况下电容器过电压保护在算法和动作值整定上都有别于工频条件，因为电压峰值和有效值之间的关系不再是对应的倍关系。我们用离散采样的方法对谐波情况下的畸变电压波形进行分析，分别计算畸变波形的实测峰值Um和等效有效值、实际有效值。谐波条件下电容器过电压保护跳闸时间及其选取的有效电压值按照下面原则选取。

3.2 桥式差电流保护和不平衡电流保护方法的改进

目前电容器组的微机继电保护将过电流保护、过电压保护、不平衡电流保护、桥差电流保护结合在一起使用。根据电容器微机保护的特性，在不平衡电流保护和桥差电流不平衡保护的故障识别中加入相电流的变化来进行识别。这种方法可以根据故障相在发生故障时相电流的变化而判定有故障发生，从而克服不平衡电流保护和桥差电流不平衡保护的不足，该相电流可通过电容器的过流保护的三相电流互感器获得。这里指的相电流是电容器组各相中的基波电流，它是电容器组各相的实际电流减去谐波电流的值。

4 结语

电容器组的继电保护需要解决电容器组的过负荷以及引出线的短路、过电压、欠电压等的问题。当系统电压中含有谐波分量时，电容器组如发生谐波过电压，且峰值电压超过规定值，可通过对畸变电压等效有效值和实际有效值进行比较，对谐波条件下的过电压保护进行改进。同时对桥式差电流保护和不平衡电流保护给出一种新的方法，对于原来对平衡性故障的拒动或误动和不能够识别故障相的情况进行了改进。电容器组的保护方式应用，还需要不断总结经验，从而进一步改进和完善。

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