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電力電容器保護技術(shù)
電力電容器保護技術(shù)
【摘 要】近年來電容器作為電力系統(tǒng)的核心而且被人們廣泛的應(yīng)用，同時在提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)以及均壓、穩(wěn)壓、降低線路系統(tǒng)損耗等方面有著良好的表現(xiàn)性。
但是同時又容易受到來自電壓與電流等方面的損害，因而電力電容器的保護對于其自身功效和壽命的穩(wěn)定乃至整個電力系統(tǒng)的正常運行有著十分重要的意義，本文從電流、電壓、不平衡保護等方面對電力電容器保護技術(shù)進行分析。
【關(guān)鍵詞】電力;電容器;保護技術(shù)
電力中電容器一直是電力系統(tǒng)中的核心組成部分，它在電力系統(tǒng)與電力設(shè)備中被廣泛的應(yīng)用，而且在均壓、穩(wěn)壓、降低線路系統(tǒng)損耗以及提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)等方面有良好的表現(xiàn)性能，同時在工廠、居民區(qū)、市政設(shè)施、交通設(shè)施等電力系統(tǒng)的配電系統(tǒng)中都有著巨大的作用。
另一方面，電容器又是非常容易受損，對安裝于維護有著較高要求的電力設(shè)備，其回路中若存在任何細微的非正常接觸，均可能激發(fā)高頻振蕩電弧，同時電力系統(tǒng)在運行過程中電流與電壓均會對電力電容器產(chǎn)生不同程度的影響，因而電力電容器的保護對于其自身功效和壽命的穩(wěn)定乃至整個電力系統(tǒng)的正常運行有著十分重要的意義，關(guān)于電力電容器的保護技術(shù)，我們可從電流與電壓兩個方面切入進行分析。
1 電流保護
電容器組的電流保護主要包含了過電流保護和電流速斷保護兩個方面，裝設(shè)過電流保護的目的主要是保護電容器組的引線、套管的短路故障，也可作為電容器組內(nèi)部故障的后備保護。
過電流保護接在電容器組斷路器回路電流互感器二次側(cè)。
通常非為速斷和過流兩段，速斷段的動作電流按在最小運行方式下引線相間短路，保護靈敏度大于2來整定。
當電容器組引接母線、電流互感器、放電電壓互感器、串聯(lián)電抗器等回路發(fā)生相間短路，或者電容器組本身內(nèi)部元件全部或者部分被擊穿形成相間短路時，電容器系統(tǒng)內(nèi)部會產(chǎn)生很大的短路電流，為了防止此種情況對電力電容器造成不可逆轉(zhuǎn)性破壞，應(yīng)該在系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)速斷和過電流(定時限或者反時限)保護。
“電流速斷保護的動作電流按在最小運行方式下引線相間短路”，按保護靈敏度大于2 來整定，利用動作時帶有 0.1～0.2s 的延時來躲過電容器的充電涌流，進而對電力電容系統(tǒng)進行保護，其通常以在三相電容器端在最小運行方式下發(fā)生兩相短路時，保護具有足夠靈敏度來整定動作電流為標準。
除速斷保護之外，電容器的過電流保護是速斷保護的后備，同時兼做電容器組的過負荷保護，其動作電流應(yīng)該考慮以下三點：①電容器組的電容有±10%的偏差，使負荷電流增大;②電容器長期工作環(huán)境電流為額定電流的1.3倍;③合閘涌流沖擊下不發(fā)生誤動。
另一方面，電容器過電流保護最好采用反時限特性，并與電容器的過電保護相配合，建議兩段電流保護均采用三相式接線以獲得較高的靈敏度。
2 低電壓保護
在電力電容器正常運行的過程中若發(fā)生突然斷電或者失去電壓，可能對電容器系統(tǒng)造成兩種不良后續(xù)反應(yīng)，進而對電容器系統(tǒng)造成破壞。
例如，當“電力系統(tǒng)斷電后供電恢復(fù)，電容器若未能及時切除，則可能造成變壓器帶電容器合閘，產(chǎn)生諧振過電壓，從而造成變壓器或者電容器的損壞”。
除此之外，電路系統(tǒng)在停電后恢復(fù)供電的初期，變壓器還未完全帶負荷運行，母線電壓較高，這也可能引起電容器產(chǎn)生過電壓，所以從種種情況來看，電力電容器應(yīng)該裝設(shè)低電壓保護。
一般情況下，電力電容器低電壓保護的動作電壓可以取值為Uop=(0.5～0.6)Un/nbv其中，Un 表示系統(tǒng)額定電壓，nbv表示電壓互感器變比。
當 Uop 取值在 0.5Un/nb及以下時，互感器二次一相熔絲熔斷也不會使低電壓保護誤動作，為避免同級電壓出現(xiàn)短路時低電壓保護誤切電容機組，應(yīng)以時限躲過。
3 過電壓保護
“過電壓保護是通過電壓繼電器來反映外部工頻電壓升高的，電壓繼電器可以接在放電線圈或放電用電壓互感器的二次側(cè)。
在同一母線上同時接有幾組電容器時，電壓繼電器也可以接在母線電壓互感器二次側(cè)，幾組電容器共用一套過電壓保護”。
對系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓，只考慮對稱過電壓，要求電容器的過電壓保護返回系數(shù)不低于 0.98。
目前在我國的電力系統(tǒng)中已經(jīng)廣泛采用微機保護技術(shù)，其返回系數(shù)基本都能符合這一要求。
過電壓元件的整定范圍為 1.1～1.3倍額定電壓，同時動作時間應(yīng)小于電容器允許的過電壓時間。
按照我國國標的強制規(guī)范，容器工頻過電壓以及其相應(yīng)的允許運行時間如表1所示。
4 不平衡保護技術(shù)
在一組電容器中，由于故障切除或者一部分電容器發(fā)生短路后，剩余的電容器承受的電壓大小和電容器組的接線方式、每組并聯(lián)的臺數(shù)、串聯(lián)的段數(shù)等因素有關(guān)。
內(nèi)過電壓保護的接線方式很多，磚石內(nèi)過電壓保護的目的是防止電容器組中因個別電容器故障切除后，健全電容器上的電壓查過額定電壓的1.1倍，如不及時處理這一情況并斷開電容器組，就會造成其他電容器的損壞，對系統(tǒng)產(chǎn)生進一步的危害。
在一組電容器的各串聯(lián)段上裝設(shè)電壓互感器，可以監(jiān)視電容器兩端出現(xiàn)的工頻過電壓，但這通常需要多臺電壓互感器和電壓繼電器，使過電壓保護系統(tǒng)趨于復(fù)雜，且成本升高，因而在實際中通常采用不平衡保護技術(shù)代替。
這一技術(shù)的原理是檢測一組電容器中正常部分與受損部分之間在電流和電壓等指標方面的差異，將這種差異作為保護的動作量，其數(shù)值大于整定值時，保護動作自動切除故障電容器組。
電容器組的接線方式不同，構(gòu)成不平衡保護的方式也不相同，其中主要有零序電流保護、零序電壓保護和差壓保護。
在線路正常運行情況下或者接地系統(tǒng)無故障時，三相電流或電壓的向量和為零或者只有很小的不平衡電流;而當線路運行不正�；蛘呓拥叵到y(tǒng)發(fā)生故障時，零序電流和零序電壓二次回路將出現(xiàn)較大電流和電壓，使保護裝置動作并發(fā)出信號或切除故障回路。
目前在城市電路系統(tǒng)或者主網(wǎng)變電站中，大部分采用的不平衡電壓保護，是將電容器組的三相電壓互感器二次頭尾相接(A 相非極性端連接B相極性端，B相非極性端連接C相極性端)，并從A相極性端和C相非極性端引出二次線形成差電壓回路，將此電壓接入保護裝置來判別，使之動作并發(fā)出信號或者切除故障回路。
不平衡保護技術(shù)的要點包括了八個方面：①與熔斷器保護相配合，這樣可以保證在整組電容器切除之前故障電容器便已被檢出并切除，保證電容器系統(tǒng)的正常運行;②不平衡保護技術(shù)應(yīng)具備相當?shù)撵`敏度，當由于單臺電容器的切除引起剩余電容器的過電壓低于5%時，應(yīng)發(fā)出信號，而過電壓超過額定電壓1.1 倍時，則應(yīng)跳閘和閉鎖。
�、鄄黄胶獗Ｗo的動作延時要較短，以便減小由于電容器內(nèi)部燃弧型故障造成的損壞，防止剩余電容器的過電壓時間超過允許的限度。
該延時應(yīng)該足夠短，以防止在單相或者斷相故障時不平衡保護中的電流互感器或電壓互感器以及保護繼電器等設(shè)備受到過電壓的損害。
�、懿黄胶獗Ｗo的動作時間要選擇恰當，防止在出現(xiàn)涌流、外電路發(fā)生接地故障、雷擊、臨近設(shè)備的投切、斷路器三相合閘不同步等情況下出現(xiàn)的短時間不平衡，造成不平衡保護誤動作，一般情況下，電容器組的不平衡保護可以采用0.5s 的延時。
�、莶黄胶獗Ｗo回路應(yīng)該加設(shè)諧波濾過器，限制諧波電壓的影響，而對于電容器組中性點可能出現(xiàn)的暫態(tài)過電壓也應(yīng)該采取保護措施。
�、薏黄胶獗Ｗo應(yīng)具有閉鎖功能，動作跳閘的同時，應(yīng)閉鎖電容器組的自動投入，防止將故障的電容器組再次投入使用。
�、卟黄胶獗Ｗo的動作值應(yīng)大于由于系統(tǒng)和電容器公差引起的固有不平衡。
⑧所有中性點不平衡檢測接線，都應(yīng)檢測三相電壓和電流的不平衡，以保證在每相中失去相同數(shù)量的電容器產(chǎn)生的過電壓都能檢測出來，此外，由于不平衡檢測不能反應(yīng)高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的過電壓，因而不平衡保護系統(tǒng)必須要能承受系統(tǒng)高過電壓。
5 結(jié)語
電力電容器作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，雖然目前我國的電容保護技術(shù)還落后于西方發(fā)達國家，但只要我們積極探索與創(chuàng)新，以電流和電壓保護為兩個基準出發(fā)點，以不平衡保護等新技術(shù)作為引導(dǎo)，相信電力電容器的保護技術(shù)一定可以邁上更高的發(fā)展平臺。
【參考文獻】
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