浅析电力电容器保护技术

【摘 要】近年来电容器作为电力系统的核心而且被人们广泛的应用，同时在提高电力系统功率因数以及均压、稳压、降低线路系统损耗等方面有着良好的表现性。但是同时又容易受到来自电压与电流等方面的损害，因而电力电容器的保护对于其自身功效和寿命的稳定乃至整个电力系统的正常运行有着十分重要的意义，本文从电流、电压、不平衡保护等方面对电力电容器保护技术进行分析。

【关键词】电力；电容器；保护技术

电力中电容器一直是电力系统中的核心组成部分，它在电力系统与电力设备中被广泛的应用，而且在均压、稳压、降低线路系统损耗以及提高电力系统功率因数等方面有良好的表现性能，同时在工厂、居民区、市政设施、交通设施等电力系统的配电系统中都有着巨大的作用。另一方面，电容器又是非常容易受损，对安装于维护有着较高要求的电力设备，其回路中若存在任何细微的非正常接触，均可能激发高频振荡电弧，同时电力系统在运行过程中电流与电压均会对电力电容器产生不同程度的影响，因而电力电容器的保护对于其自身功效和寿命的稳定乃至整个电力系统的正常运行有着十分重要的意义，关于电力电容器的保护技术，我们可从电流与电压两个方面切入进行分析。

1 电流保护

电容器组的电流保护主要包含了过电流保护和电流速断保护两个方面，装设过电流保护的目的主要是保护电容器组的引线、套管的短路故障，也可作为电容器组内部故障的后备保护。过电流保护接在电容器组断路器回路电流互感器二次侧。通常非为速断和过流两段，速断段的动作电流按在最小运行方式下引线相间短路，保护灵敏度大于2来整定。当电容器组引接母线、电流互感器、放电电压互感器、串联电抗器等回路发生相间短路，或者电容器组本身内部元件全部或者部分被击穿形成相间短路时，电容器系统内部会产生很大的短路电流，为了防止此种情况对电力电容器造成不可逆转性破坏，应该在系统内装设速断和过电流（定时限或者反时限）保护。

“电流速断保护的动作电流按在最小运行方式下引线相间短路”，按保护灵敏度大于2 来整定，利用动作时带有 0.1～0.2s 的延时来躲过电容器的充电涌流，进而对电力电容系统进行保护，其通常以在三相电容器端在最小运行方式下发生两相短路时，保护具有足够灵敏度来整定动作电流为标准。除速断保护之外，电容器的过电流保护是速断保护的后备，同时兼做电容器组的过负荷保护，其动作电流应该考虑以下三点：①电容器组的电容有±10%的偏差，使负荷电流增大；②电容器长期工作环境电流为额定电流的1.3倍；③合闸涌流冲击下不发生误动。另一方面，电容器过电流保护最好采用反时限特性，并与电容器的过电保护相配合，建议两段电流保护均采用三相式接线以获得较高的灵敏度。

2 低电压保护

在电力电容器正常运行的过程中若发生突然断电或者失去电压，可能对电容器系统造成两种不良后续反应，进而对电容器系统造成破坏。例如，当“电力系统断电后供电恢复，电容器若未能及时切除，则可能造成变压器带电容器合闸，产生谐振过电压，从而造成变压器或者电容器的损坏”。除此之外，电路系统在停电后恢复供电的初期，变压器还未完全带负荷运行，母线电压较高，这也可能引起电容器产生过电压，所以从种种情况来看，电力电容器应该装设低电压保护。

一般情况下，电力电容器低电压保护的动作电压可以取值为Uop=（0.5～0.6）Un/nbv其中，Un 表示系统额定电压，nbv表示电压互感器变比。当 Uop 取值在 0.5Un/nb及以下时，互感器二次一相熔丝熔断也不会使低电压保护误动作，为避免同级电压出现短路时低电压保护误切电容机组，应以时限躲过。

3 过电压保护

“过电压保护是通过电压继电器来反映外部工频电压升高的，电压继电器可以接在放电线圈或放电用电压互感器的二次侧。在同一母线上同时接有几组电容器时，电压继电器也可以接在母线电压互感器二次侧，几组电容器共用一套过电压保护”。对系统产生的过电压，只考虑对称过电压，要求电容器的过电压保护返回系数不低于 0.98。目前在我国的电力系统中已经广泛采用微机保护技术，其返回系数基本都能符合这一要求。过电压元件的整定范围为 1.1～1.3倍额定电压，同时动作时间应小于电容器允许的过电压时间。按照我国国标的强制规范，容器工频过电压以及其相应的允许运行时间如表1所示。

4 不平衡保护技术

在一组电容器中，由于故障切除或者一部分电容器发生短路后，剩余的电容器承受的电压大小和电容器组的接线方式、每组并联的台数、串联的段数等因素有关。内过电压保护的接线方式很多，砖石内过电压保护的目的是防止电容器组中因个别电容器故障切除后，健全电容器上的电压查过额定电压的1.1倍，如不及时处理这一情况并断开电容器组，就会造成其他电容器的损坏，对系统产生进一步的危害。

在一组电容器的各串联段上装设电压互感器，可以监视电容器两端出现的工频过电压，但这通常需要多台电压互感器和电压继电器，使过电压保护系统趋于复杂，且成本升高，因而在实际中通常采用不平衡保护技术代替。这一技术的原理是检测一组电容器中正常部分与受损部分之间在电流和电压等指标方面的差异，将这种差异作为保护的动作量，其数值大于整定值时，保护动作自动切除故障电容器组。

电容器组的接线方式不同，构成不平衡保护的方式也不相同，其中主要有零序电流保护、零序电压保护和差压保护。在线路正常运行情况下或者接地系统无故障时，三相电流或电压的向量和为零或者只有很小的不平衡电流；而当线路运行不正常或者接地系统发生故障时，零序电流和零序电压二次回路将出现较大电流和电压，使保护装置动作并发出信号或切除故障回路。

目前在城市电路系统或者主网变电站中，大部分采用的不平衡电压保护，是将电容器组的三相电压互感器二次头尾相接（A 相非极性端连接B相极性端，B相非极性端连接C相极性端），并从A相极性端和C相非极性端引出二次线形成差电压回路，将此电压接入保护装置来判别，使之动作并发出信号或者切除故障回路。

不平衡保护技术的要点包括了八个方面：①与熔断器保护相配合，这样可以保证在整组电容器切除之前故障电容器便已被检出并切除，保证电容器系统的正常运行；②不平衡保护技术应具备相当的灵敏度，当由于单台电容器的切除引起剩余电容器的过电压低于5%时，应发出信号，而过电压超过额定电压1.1 倍时，则应跳闸和闭锁。③不平衡保护的动作延时要较短，以便减小由于电容器内部燃弧型故障造成的损坏，防止剩余电容器的过电压时间超过允许的限度。该延时应该足够短，以防止在单相或者断相故障时不平衡保护中的电流互感器或电压互感器以及保护继电器等设备受到过电压的损害。④不平衡保护的动作时间要选择恰当，防止在出现涌流、外电路发生接地故障、雷击、临近设备的投切、断路器三相合闸不同步等情况下出现的短时间不平衡，造成不平衡保护误动作，一般情况下，电容器组的不平衡保护可以采用0.5s 的延时。⑤不平衡保护回路应该加设谐波滤过器，限制谐波电压的影响，而对于电容器组中性点可能出现的暂态过电压也应该采取保护措施。⑥不平衡保护应具有闭锁功能，动作跳闸的同时，应闭锁电容器组的自动投入，防止将故障的电容器组再次投入使用。⑦不平衡保护的动作值应大于由于系统和电容器公差引起的固有不平衡。⑧所有中性点不平衡检测接线，都应检测三相电压和电流的不平衡，以保证在每相中失去相同数量的电容器产生的过电压都能检测出来，此外，由于不平衡检测不能反应高压系统产生的过电压，因而不平衡保护系统必须要能承受系统高过电压。

5 结语

电力电容器作为现代电力系统的重要组成部分，虽然目前我国的电容保护技术还落后于西方发达国家，但只要我们积极探索与创新，以电流和电压保护为两个基准出发点，以不平衡保护等新技术作为引导，相信电力电容器的保护技术一定可以迈上更高的发展平台。

【参考文献】

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