Sm 电容器零序电压保护盲区浅论

摘要:随着电网的不断发展，电能质量要求越来越高，无功补偿需求越来越大，而并联电容器是目前最经济实用的无功补偿装置。因此，为了保证电网电压稳定，电容器保护的合理配置就非常重要。但是，在作者工作的范围内，零序电压保护的不动作就发生了两次，作者特此分析了零序电压保护不动作的原因，以供各位电力工作者参考。

关键词：无功补偿装置;并联电容器;零序电压保护

中图分类号：TM53 文献标识码：A

引言

身为一个一线的电力工作者，遇到的电力问题种类繁多，但是能在短期内重复出现的问题，必定有着它的关键原因。找出其原因，以减少类似问题的发生，对整个系统运行的稳定有很重要的意义。

1、电容器保护现状

1.1作者工作单位当前存在的电容器接线方式主要有单星形不接地及双星形不接地，其中

1.1.1单星形

主要用于35kV、110kV及旧220kV变电站的10kV侧电容接线方式，因为补偿容量要求不高，单星形连接就可满足需求，同时为使其结构简化，因此都采用此接法。

1.1.2双星形

主要用于500kV变电站的35kV侧或新建220kV变电站的10kV侧电容接线方式。所谓双星形接线，是将电容器分为两个电容相等的星形接线电容器组，并联到电网母线，两组电容器的中性点之间经过一台低变比的电流互感器连接起来。因为220kV及500kV变电站需要补偿容量较大，如采用单星形连接，则单个电容器的容量需增大，以现在的工艺，增大电容器容量成本较高；采用双星形连接则可在选用适当容量的电容器后满足补偿需求，故500kV及新建220kV变电站都采用双星形接法。

1.2电容器保护的配置

电容器组的接线与保护是相互关联的，确定了接线方式，也就能确定保护类型。除了通用的过流、过压、欠压保护，作者单位的电容器组单星形接线采用零序电压保护，双星形接线采用不平衡电流保护。

1.2.1零序电压保护

主要用于单星形接线，当单星形连接的电容器一相损坏时，中性点电压及其它两相的电压均会升高损坏电容器，因此采用零序电压保护亦称不平衡电压保护。

在各相电容器上，放电线圈的一次侧与电容器并联，二次侧接成开口三角形，开口三角处输出的电压为零序电压，当电容器发生故障导致电压不平衡产生零序电压时，如果零序电压达到整定值，延时一定时间就跳开开关。

注意，当母线侧单相接地时，比如A相单相接地时,母线上接地A相对地为0，此时非接地相对地电压升为线电压,电容星形中性点的电压变为-Ua,这样对于各相电容来说,承受的仍然是相电压,所以UA+UB+UC=0，不平衡电压保护不会动作。

1.2.2过流保护

过电流保护的任务，主要是保护电容器组内部短路及电容器组与断路器之间引线的相间短路。为避免合闸涌流引起保护的误动作，过电流保护应有一定的时限。

1.2.3过压保护

电容器在过高的电压下运行时，其内部游离增大，可能发生局部放电，使介质损耗增大，局部过热，并可能发展到绝缘被击穿。因此应保持电容器组在不超过最高容许的电压下运行。过电压保护的整定值一般取电容器额定电压的1.1~1.2倍。作者工作地过压保护整定为115%。

1.2.4欠压保护：

从电容器本身的特点看，电容器并不会因失压而损坏。但运行中的电容器突然失压会产生两种后果：如失压后电容器组仍在母线上，当电源恢复，母线电压也迅速恢复时，电容器上的残压还未降到0.1倍额定电压以下，就有可能使电容器承受高于1.1倍的额定电压而损坏；当电压恢复时，电容器不切除，可能造成变压器带电容器合闸，产生谐振过电压，使变压器或电容器损坏。为此电容器组应安装欠压保护，作者工作地欠压保护整定为40%。

1.2.5中性点不平衡保护：

主要用于双星形连接，在双星形接线的中性线上串联一个CT，利用故障相容抗变化后，电流变化与正常相电流间形成差电流。这种保护方式简单有效，不受系统不平衡或接地故障的影响，对谐波不敏感，可靠性高，作者工作单位没出现过一起中性点不平衡保护误动或拒动的情况。

2、零序电压保护盲区分析

单星形接线的电容器组广泛采用零序电压保护，但是在作者工作的四年（2009-2013）中就曾经遇到或听闻过发生两起。一起是开关出线电缆至电容器组接线铝排处放电熔断，保护无动作；令一起是刀闸触头高温熔解，保护无动作。

现举例110kV变电站10kV侧并联电容器组B相开关出线电缆至电容器组接线铝排处放电熔断分析。

110kV某变电站10kV#1电容器组B相进线电缆和电抗器之间，电缆头与铝排接触部分起火烧熔，产生较大火花和响声，燃烧持续1分钟左右。现场电容器开关没有跳闸，保护没有动作，后台也没有异常信号。在故障发生后对设备的开关、氧化锌避雷器、放电线圈（放电PT）、电缆头、串联电抗器、集合式电容器进行高压试验，结果均正常，对保护装置、二次回路检查无发现异常，对保护进行试验，保护能按整定值跳开关。

保护配置为零序电压保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护。在此情况，可能动作的保护只能是零序电压保护、过电流保护，以下对此两种保护进行分析。

2.1零序电压保护不动作原因

电容及放电线圈接线如图1（左）所示，开口三角零序电压接线如图1（右）所示，电容是不接地的星形接线，零序电压正常状态下应该为UA+UB+UC=0(如图2左所示)。中性B相断开后，此时中性点发生偏移，由N点偏移至O点（如图2右所示），此时UB=0，UA=UAO=UAC/2，UC=UCO=UCA/2=-UAO =-UAC/2，所以UA+UB+UC=0，因此在B相完全断开后的稳态状态下零序电压不会动作。

而在B相放电过程中由于无暂态量数据可分析，故以下为本人推测。在B相缓慢放电过程中（持续时间约1分钟），电缆接头与铝排之间的距离与空气的阻值成正比，刚开始的时候，电缆接头与铝排距离较短，空气分压较少，UB降低的不明显，此时虽然UA+UB+UC≠0，但零序电压未达到整定值（25V，0.2s），故此时零序电压保护不动作；虽然随着放电时间的增长，电缆接头和铝排间因铝排融化导致距离越来越大，空气阻值也随着增大，但是由于铝排融化时间较长，导致零序电压在缓慢的由N点向O点偏移，虽然一直存在零序电压，但是零序电压受中性点偏移影响，一直未达到整定值，导致了零序电压保护一直未动作。

2.2过流保护不动作

B相断开后，中性点没有回路可走，相当于将A相、C相电容串联，由于A、C相电容相等为CA=CC

CAC=CA/2，XcAC=1/（2πfCAC）=2XcA

因为电容为Y型连接，UAC=√3UA

IAC=UAC/XcAC=0.866Iφ

因此过流保护在该情况下亦不会动作。

3、结语

零序电压保护在电容器组单相长时间熔断接线的过程中存在盲区，为了减小盲区范围，建议把电压整定值尽量整定得低，事后存在问题的零序电压保护整定值由25V改为15V。

为加强电容器组的运行稳定性，电容器组的巡视也要注意方法，两次出现的情况都是接触不良导致发热熔断接触部位，因此应加强电容器组的测温巡视。由于电容器组投入运行时间不固定，进行测温时要注意电容器组运行状态。作者曾多次测温巡视发现电容器组发热，主要原因都是因为电容器组长期运行，紧固螺丝受电磁力影响松脱导致接触不良引起的发热，固测温巡视时主要注意各接触点及紧固点。

参考文献：

[1]龙湘,电力电容器的保护配置及原理[J],机电产品开发与创新,2008.3

[2]杨昌兴,华水荣,高压并联电容器组单双星形接线方式的选择[J]，电工技术杂志，2003.11