莊麗嬌

摘 要：科技日益進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，用戶用電對電能的要求也日益升高。其中，電壓質(zhì)量是很重要的一個方面，不單對用戶生產(chǎn)、生活、工作有重大影響，對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行也有著至關(guān)重要的作用。輸電線路在同等條件下，電壓越低傳輸?shù)碾娔芫驮叫　Ｒ虼?，必須保證無功電源的供應(yīng)，即在變電站及用戶負(fù)荷處，將一定量的電容器串聯(lián)、并聯(lián)在一起，形成電容組，使其達(dá)到一定的容量、滿足一定的電壓要求，補(bǔ)償系統(tǒng)無功、調(diào)節(jié)該節(jié)點電壓。文章介紹電容器組主接線與不平衡保護(hù)之間的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)運行經(jīng)驗提出電容器組故障的查找方法。

關(guān)鍵詞：電力電容器；不平衡保護(hù)；接線方式

中圖書分類號：TM53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）32-0131-02

科技日益進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，用戶用電對電能的要求也日益升高。不單是對電能數(shù)量的需求不斷增長，其對電壓質(zhì)量要求也越來越高，即不單要有足夠的電能，還要有穩(wěn)定的電能——即電壓、頻率、波形需符合要求，才能保證用戶的用電設(shè)備持續(xù)保持最好的工作性能，從而保證工效效率。其中，電壓質(zhì)量是很重要的一個方面，不單對用戶生產(chǎn)、生活、工作有重大影響，對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行也有著至關(guān)重要的作用。

與電壓質(zhì)量息息相關(guān)的就是無功電源，無功不足，會使得系統(tǒng)的電壓幅值降低，對整個電網(wǎng)來說，電壓過低可能引起電壓崩潰，進(jìn)而使系統(tǒng)瓦解，造成負(fù)荷大幅流失；對單個元件而言，電壓的降低可能使其無法運行在最佳工況，同時造成電能損耗增大，甚至可能損壞設(shè)備，同時輸電線路在同等條件下，電壓越低傳輸?shù)碾娔芫驮叫?。因此，必須保證無功電源的供應(yīng)。同時，為了確保電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運行與用戶的用電正常，又必須減小無功功率的流動，因此，無功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t是就地補(bǔ)償。即在變電站及用戶負(fù)荷處，將一定量的電容器串聯(lián)、并聯(lián)在一起，形成電容組，使其達(dá)到一定的容量、滿足一定的電壓要求，補(bǔ)償系統(tǒng)無功、調(diào)節(jié)該節(jié)點電壓。

1 電容器組接線方式的決定因素

電容器通常是將若干元件封裝在一鐵殼內(nèi)，構(gòu)成電容器單元，再由各單元先并后聯(lián)，封裝在鐵箱內(nèi)組成的。

當(dāng)電容器組所接入電網(wǎng)的電壓等級、容量要求確定以后，接線方式的選擇則關(guān)系到了電容器組的安全性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性。決定接線方式的主要因素包括以下幾個方面。

1.1 受耐爆容量限制

電容器組在運行過程中，若其中某個電容器擊穿短路，這個電容器將承受來自其自身及其他并聯(lián)電容器組的放電。為防止故障元件受放電能量過大沖擊，導(dǎo)致電容元件爆炸，必須限制同一串聯(lián)段上的并聯(lián)臺數(shù)，即有所謂的最大并聯(lián)臺數(shù)問題?？梢酝ㄟ^減少并聯(lián)數(shù)與增大串聯(lián)段數(shù)的方法，來降低沖擊故障電容器的放電能量。

1.2 接線方式與設(shè)備不配套的限制

20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)初，由于工藝上的改進(jìn)，使電力電容器的介質(zhì)，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，普遍采用了全膜電容器。電容器的容量越來越大，因此派生出了很多新的結(jié)構(gòu)與接線方式。同時，在一段時間內(nèi)，由于缺乏較高的

66 kV電壓等級的放電線圈，致使其保護(hù)選擇及相應(yīng)接線方式的應(yīng)用受到限制，因此使相關(guān)接線方式適用范圍受到了限制。由于這種不配套的限制，導(dǎo)致該時期電容器運行故障明顯上升。經(jīng)過陣痛之后，對配套設(shè)備的研究也跟上技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度，因此，這種限制現(xiàn)在基本消除。

1.3 與應(yīng)用的場合有關(guān)

在電力企業(yè)中，多采用星形接法，在工礦企業(yè)變電所中多采用三角形接法。采用三角形接法時，能夠過濾掉3次諧波電流，可以消除其對設(shè)備的影響，但其缺點是當(dāng)電容器發(fā)生擊穿短路時，其它相電容器的放電電流會對故障電容器產(chǎn)生沖擊。星形接線時，電容器故障情況下受到其它兩相容抗的限制，來自系統(tǒng)的工頻短路電流最大不超過其額定電流的3倍，且不受其它相電容器放電電流的影響，相對而言可靠性更高。

2 電容器組接線方式及其相應(yīng)不平衡保護(hù)

電容器組的接線方式較多，相應(yīng)也產(chǎn)生了不同的不平衡保護(hù)。一般來說，同種不平衡保護(hù)接線下，既可采用電流式、也可采用電壓式保護(hù)，其根本原理都是利用元件發(fā)生故障時產(chǎn)生的不平衡量來作為保護(hù)判據(jù)。在此僅列舉三種方式，其余接線方式讀者可再查找有關(guān)資料。

2.1 單星形接線采用零序電壓保護(hù)

主要是利用電壓互感器的開口三角電壓形成不平衡電壓，此時電壓互感器一次繞組還可兼作放電線圈，可防止反復(fù)投入電容器組時，因殘余電荷造成電容器組過電壓。見圖1單星形接線采用零序電壓保護(hù)。

2.2 雙星形主接線方式時采用中性線電流不平衡保護(hù)

對于雙星形接線的電容器組，可采用中性線電流不平衡保護(hù)。當(dāng)同相的兩電容器組中發(fā)生電容器故障時，流過兩串電容器組的電流不等，則中性線上必流過不平衡電流。見圖2雙星形主接線方式采用中性線電流不平衡保護(hù)。

2.3 單相為兩組電容器組串聯(lián)的星形接線采用電量壓差動保護(hù)方式

同樣的，電壓互感器的一次繞組可以兼作放電線圈，二次繞組則接成壓差式反極性串連法，正常運行時電容容抗值相等，壓差為零；當(dāng)有電容器損壞時，由于一次繞組分壓不等，則二次繞組出現(xiàn)差壓，使保護(hù)動作。見圖3單相為兩組電容器組串聯(lián)的星形接線采用電量壓差動保護(hù)方式。

3 不平衡保護(hù)動作原因分析

①配套設(shè)備各相性能差異較大產(chǎn)生不平衡分量。三相放電線圈及電抗器如果性能差異較大，那即使在母線側(cè)的三相電源平衡，電容器組一次側(cè)平衡的情況下，在二次側(cè)也可能產(chǎn)生一個虛假的不平衡電壓。如果不平衡電壓保護(hù)設(shè)定值較低，則這個不平衡電壓可能引起誤動。當(dāng)然，隨著放電線圈及電抗器制作工藝的進(jìn)步，這種情況還是較少發(fā)生。然而，在電容器組的選型及驗收啟動時，還是要關(guān)注這些參數(shù)。特別是負(fù)荷側(cè)有較大的諧波源時，由于頻率的升高，容抗、感抗之間的差異更大。

②母線三相不平衡導(dǎo)致電容器組產(chǎn)生不平衡分量。電容器組主接線方式采用星形接線，受到母線不平衡分量的影響較小，基本為零，因此不至于會產(chǎn)生不平衡電壓或電流。若是采用三角形接法，則母線三相不平衡時，即使其幅值差為2%，相角差為1°時，該不平衡電壓可能達(dá)到5%以上的額定電壓值。電容器組投入運行時，對于10 kV電壓等級的來說，操作時的過電壓可能導(dǎo)致其產(chǎn)生不平衡分量，甚至造成擊穿。

③電容器組各相容抗不平衡導(dǎo)致不平衡分量出現(xiàn)。三相電容值不平衡時，比如其單個電容器組容抗出現(xiàn)差異乃至發(fā)生故障擊穿，則由于電壓分配的原因，電容值小的相或串聯(lián)段所承受的電壓值就更高，不平衡分量由此出現(xiàn)。而承受電壓值較高的，其運行工況較差，因此進(jìn)一步惡化，不平衡分量越來越大，最終導(dǎo)致不平衡保護(hù)動作。

4 電容器組故障的防范與查找

4.1 嚴(yán)格控制電容器的運行工況

在運行中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視電容器組的運行工況，如運行溫度、電壓電流等。電容器受運行溫度的影響較大，當(dāng)運行溫度升高10℃時，其電容量下降的速度就提高一倍，而長期受高溫影響會使其內(nèi)部絕緣介質(zhì)老化、損耗角增大，最終使電容器內(nèi)部溫升過高，如此循環(huán)，使其使用壽命降低，嚴(yán)重時可能造成熱擊穿，一般來說，應(yīng)控制其溫度在40℃以內(nèi)。根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)定，電容期的允許工作電壓為其額定值的1.1倍，允許工作電流為額定電流的1.3倍，在運行過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)視這些電氣量，當(dāng)超過規(guī)定值時，應(yīng)立即退出電容器組的運行。

4.2 減少抑制操作過電壓

35 kV及以下的電容器組投切時，宜采用真空斷路器，其較好的機(jī)械特性，可避免操作時產(chǎn)生過電壓。斷路器分閘時，合閘相相角超接近零，則熄弧時間就截止長，介質(zhì)恢復(fù)的強(qiáng)度就越高；相反，電流相角較大時分閘，熄弧時間越短，介質(zhì)強(qiáng)度恢復(fù)不夠，容易再次燃弧。而在合閘時，若在斷口電壓為零的瞬時投入電容器組，則產(chǎn)生過電壓的機(jī)率就會小很多。因此，可通過采用相位控制器來控制投切時間。

也可利用氧化鋅避雷器來抑制過電壓，當(dāng)產(chǎn)生過電壓時，可利用避雷器釋放能量。

4.3 控制電容器安裝工藝

電容器安裝過程中，其接頭的安裝工藝對今后的運行情況有較大影響。首先，接線端與母線鋁排的連接，要注意其對電容器組施加的應(yīng)力，如調(diào)整不當(dāng)，可能使其發(fā)生滲漏。另外，各電容器之間的連接大多是采用銅鉸線連接在一起的，而電容器組母線所采用的一般是鋁排，因此在其連接過程中，應(yīng)采用銅鋁過渡接頭；否則，直接接到鋁排上，接頭會發(fā)熱，最終可能導(dǎo)致不平衡保護(hù)動作。

在某站的電容器組運行過程中，曾發(fā)現(xiàn)在24 h內(nèi)，不平衡保護(hù)接連動作兩次，經(jīng)檢查，均是外熔絲熔斷，導(dǎo)致不平衡保護(hù)動作，在兩個熔斷的熔絲處檢查，均在連接母排的地方有過熱現(xiàn)象。對整臺電容器組停運后徹查的結(jié)果是，其施工過程對接線頭的壓接不實，導(dǎo)致運行過程中發(fā)熱，處理后，電容器組運行正常。

參考文獻(xiàn)：

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[2]國家電網(wǎng)公司.110～500kV變電站通用設(shè)備典型規(guī)范[M].北京：中國電力出版社，2006.