电容器保护介绍.doc

高压无功自动补偿设备电容器保护 济南迪生电子 孙士民 一 引言 随着绝缘材料技术的发展和电容器制造工艺的提高 目前电容器在额定电 压下长期运行 故障率已降的很低 但是 如果电容器频繁投切却容易发生击 穿故障 特别是当投切开关出现重燃时 故障或事故就很有可能发生 一旦发 生击穿故障 就有可能引起电容器爆炸着火的事故 根据若干例故障电容器的解刨剖情况来看 电容器发生故障的开始大多是 内部某一个单元串段发生击穿 然后剩余的某一个单元串段又发生击穿 最后 故障显现或事故发生 如何及时发现电容器的早期故障 并尽快切除故障电容 器 是保证高压无功自动补偿设备安全运行 避免爆炸事故发生的根本条件 二 电容器故障分析 单只高压电力电容器内部是由多个小单元电容器串 联而成 如 10kV 系统的电容器一般有 4 个组或 5 个组单 元电容串联而成 额定电压就分配在几个单元电容器上 如图 某个电容器损坏时 首先是内部一个单元电容 发生击穿损坏 使剩下的单元电容运行电压升高 这时 电流增大很小 电容器继续运行 由于每个单元电容的 运行电压提高 很快又出现某个单元电容损坏 剩下单 元电容运行电压又被提高 这只电容器此时有可能已经出现鼓肚 重者出现鼓 裂 漏油 这样继续运行下去 很可能会造成这只电容器由鼓肚 鼓裂 漏油 到起火爆炸 根据实际运行经验和对多起被烧毁电容器的解体分析证明 电容器组的爆 炸起火一般仅是某一只电容器爆炸起火所引起的 而某一只的爆炸起火是因电 容器内部几个串联单元中有被击穿损坏的单元不能被发现继续运行造成的 虽 然故障发展到起火爆炸的恶性事故 但故障的过程电流的变化依然不大 熔断 器和一般的过流保护是在事故发生以后才动作 可是事故已经发生了 三 电容器故障保护和事故保护 Ua Ub Uc IaIbIc 分组电容器高压无功自动补偿装置 通常有两种连接方式 一种是把各组 电容器通过断路器直接连接在变电站母线上 另一种是各组电容器通过分组投 切开 1 10 0K KV V CT PT LLL CCC 1 CT PT LLL CCC 2 n 关 断路器或负荷开关 连接在补偿装置的母线上 再通过总开关断路器连接 在变电站母线上 1 10 0K KV V 1 10 0K KV V CT CT PT LLL CCC 1 1 2 CT PT LLL CCC 2 1 2 n 各组电容器通过断路器直接连接变电站母线的方式 适用于分组要求较少 单组或两组 的自动补偿装置 每组电容器必须加短路事故保护和电容器故 障保护 各组电容器总开关分开关小母线连接方式 适用于分组要求较多 3 组以上 的自动补偿装置 总开关装设事故保护 分开关装设电容器故障保护 电容器早期故障的发现 用常规的电流保护不容易解决 特别象熔断器保 护方式 因其参数离散性较大 灵敏度较低 不宜作为电容器的故障保护 只 能作为事故保护 电容器的故障保护应根据单组电容器容量大小和电压等级 串段数量 不同选用以下保护方式 单星相电压式零序 开口三角 微机保护 单组电容器容量较小时 多星相电压式零序 开口三角 微机保护 单组电容器容量较大时 单星相电压差动微机保护 电压等级高或串段数较多单组容量较小时 多星相电压差动微机保护 电压等级高或串段数较多单组容量较大时 1 单星不平衡 开口三角 电压保护 1 1 选用不平衡电压保护的依据 选用不平衡电压保护的依据 每当一个电容器内部元件损坏 电容器组内的电压分布就会发生变化 这些变化的大小决定于损坏元件的数量 为杜绝事故的发生 作为故障保护的不平衡类保护必须作为电容器的主 保护 以便在电容器出现内部元件故障时保护即发生动作 严防电容器带故障 运行 但不平衡保护不能代替短路保护 目前 国内电容器组的连接形式基本采用星形接线 便于采用开口三角 电压式的不平衡电压保护 相电压式零序保护 实际应用时 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 在开 口三角处接上已适当整定保护定值的继电保护装置即构成开口三角电压保护 UaUbUc 2 2 保护整定原则和计算示例 保护整定原则和计算示例 保护整定原则 保护整定原则 当构成电容器组的任意一台电容器的任一个串段出现短路故障时 保护装置 即动作 将该三相电容器组退出运行 以防止故障扩大造成事故和查找故障电 容 计算示例 以 计算示例 以 10kV10kV 系统 所有电容器均为四个串段且为单星形接线 中系统 所有电容器均为四个串段且为单星形接线 中 性点不接地 性点不接地 1 1 每相由一台电容器构成 每相由一台电容器构成 当其它电容器完好 仅 A 相电容器一个串段短路时 其电容容值变为 4 3C C 完好单台电容的标称容值 反映到二次侧的开口电压值计算如下 CCC CUCUCU YYY YUYUYU U CBA CBA CCBBAA JJJ JJJ 3 4 3 4 0 3 4 10 3 UUUCBA 57745 057745 05774 3 4 10 3 4 577V 一般采用 10000 100 的放电器 故反映到二次侧的开口电压值为 5 77V 保 护定值一般取 4 5V 5V 低于一个串段完全短路时的理论开口电压值 2 2 每相由二台电容器构成 每相由二台电容器构成 当其它电容器完好 仅 A 相其中一台电容器的一个串段短路时 其相电容容 值变为 7 3C C 完好单台电容的标称容值 反映到二次侧的开口电压值计算 如下 CCC CUCUCU YYY YUYUYU U CBA CBA CCBBAA 22 3 7 22 3 7 JJJ JJJ 0 22 3 7 19 3 UUU CBA 577457745774 3 7 19 3 304 V 一般采用 10000 100 的放电器 故反映到二次侧的开口电压值为 3 04V 保护定值一般取 2V 2 5V 低于一个串段完全短路时的理论开口电压值 3 3 每相由三台电容器构成 每相由三台电容器构成 当其它电容器完好 仅 A 相其中一台电容器的一个串段短路时 其相电容 容值变为 10 3C C 完好单台电容的标称容值 反映到二次侧的开口电压值计 算如下 CCC CUCUCU YYY YUYUYU U CBA CBA CCBBAA 33 3 10 33 3 10 JJJ JJJ 0 33 3 10 28 3 UUUCBA 57745 157745 15774 3 10 28 3 206 V 一般采用 10000 100 的放电器 故反映到二次侧的开口电压值为 2 06V 保 护定值一般取 1V 1 5V 低于一个串段完全短路时的理论开口电压值 4 4 每相由四台电容器构成每相由四台电容器构成 当其它电容器完好 仅 A 相其中一台电容器的一个串段短路时 其相电容 容值变为 13 3C C 完好单台电容的标称容值 反映到二次侧的开口电压值计 算如下 CCC CUCUCU YYY YUYUYU U CBA CBA CCBBAA 44 3 13 44 3 13 JJJ JJJ 0 44 3 13 37 3 UUUCBA 57742577425774 3 13 37 3 156 V 一般采用 10000 100 的放电器 故反映到二次侧的开口电压值为 1 56V 保 护定值一般取 0 8V 1 2V 低于一个串段完全短路时的理论开口电压值 2 多星不平衡 开口三角 电压保护 多星不平衡 开口三角 电压保护 与单星不平衡 开口三角 电压保护 原理相同 主要因为单星形接线电容器组容量较大时每相并联电容器不得超过 4 台 为保证保护的灵敏度不会降低 把电容器组分为多星来检测不平衡 开 口三角 电压 UaUbUc 3 单星相电压差动保护 电压等级高或串段数较多单组容量较小时 电压等级较高或串段数较多时 不平衡 开口三角 电压保护灵敏度降低 需要采用相电压差动保护 UaUb Uc 现以 35kV 电压 单组容量 10000kvar 为例 计算相电压差动保护定值 假设采用单台容量为 334kvar10 5kV 的普通电容器 每相用 10 台 5 并后串 C C C Xc1 Xc2 C1 C2 U1 U2 假设每台电容器内部是由 7 个串段单元串联而成 每个串段单元容量为 Ci 一台电容器内部有 1 个串段单元击穿短路时 这台电容器容量由变为 7 Ci 6 Ci 1C6 Ci 7 4Ci 42 31Ci 2C 7 5Ci 1Xc1 1 C Ci 31 42 2Xc 2 1 C Ci 5 7 1U Uo XcXc Xc 21 1 2U Uo XcXc Xc 21 2 335 kVUo kVUoUUU XcXc XcXc 331 0 12 21 12 选用 10000 100 的放电器 故反映到二次侧的差电压值为 3 31V 保护定 值一般取 2 0V 2 5V 低于一个串段完全短路时的理