浅析10kV电容器保护及其控制回路

2015-02-07深圳供电局变电一所何茂钦

电子世界 2015年16期

深圳供电局变电一所何茂钦

浅析10kV电容器保护及其控制回路

深圳供电局变电一所何茂钦

在电网中电容器是广泛应用于电力系统的无功补偿设备。一般为电容器配置的保护有熔断器保护、电流保护、电压保护、零压保护和不平衡保护等五大类型。电容器接线方式则常为单Y和双Y两种。我局变电一部东湖变电站所配置的10kV电容器采取双Y型接线方式，并配以南瑞继保的RCS-9631保护装置。本文结合其介绍了电容器各保护类型的特点，随后选取RCS-9631保护中的低电压保护阐述其二次回路原理，最后简述了电容器故障处理的注意事项等内容。

高次谐波；电容器；不平衡保护；二次回路

引言

电力电容器安装简单，造价经济，维护方便，能大量提供无功容量。电力电容器还可以提高功率因数、降低线路和输变电设备的损耗、改善受端电压质量以及提高输送功率。故电力电容器被广泛地应用于电力系统。电容器安全可靠地运行，对电力系统意义重大。电容器一般配置在低电压等级的母线上，在我局以10kV母线配置为主。本文旨在介绍10kV电容器的主要保护配置及其二次原理部分，最后简略说明电容器的故障处理原则及方法。

1 电容器保护的种类

电容器的故障和不正常运行情况如下：

(1)电容器组与断路器之间连接线以及电容器组内部连线上的相间短路故障和接地故障；

(2)在电容器运行过程中，电容器的内部之间出现极间短路或是电容器组中出现电容器故障等现象，将会引发电容器组的故障；

(3)在人们生活水平不断提高的情况下，用电量以及用电负荷的不断增加，也将给电容器组造成过负荷故障，从而影响到电容器的正常运行；

(4)一般情况下，电容器在正常运行时，都应根据实际的电力系统运行情况，来对其进行电压的控制，确保电压在一定的规范内运行，而一旦电压超出设定的范围，电容器组供电电压升高将会给电容器的正常运行造成极大的影响；

(5)电容器作为电力系统的重要组成部分，在日常运行过程中，经常会受到内部或外部因素的影响而出现电容器组失压的故障，从而影响到电容器的正常运营。

以上所提到的几方面故障是10kv电容器在运行过程中经常发生的故障，针对这些故障主要采用安装电抗器的方式来消减电容器运行过程中潜在的一些不利因素，同时，也可以通过对电容器组配备相应的保护措施，以此来避免或降低电容器的故障发生，主要从熔断器保护、电压保护、零压保护、不平衡保护、电流保护等几方面保护措施进行。另外，随着生产厂家的不同，还可以有电容器的自投切和非电量保护。

图1 东湖变电站10kV电容器电气接线图

1.1 串联电抗器

电抗器是对电容器实施保护的主要元件，而且，就现阶段电力系统来分析，电抗器也被广泛的应用到电力系统中，可以有效的抑制高次谐波。将电抗器应用到电容器中，如以上图1所示，将电容器组的每相都串联一个电抗器，这样在电力系统运行的过程中，电抗器就可以充分的发挥出抑制谐波的作用，高次谐波的减少也将降低电容器的故障发生率，确保电容器运行的安全性、可靠性。另外，在电容器投入时一旦产生较大的涌流，将会导致二次保护装置出现误动作的现象，而在串联电抗器之后，可以有效的抑制涌流，不仅对电容器的运行起到保护的作用，同时对防治保护装置误动作也有着极大的作用。

1.2 熔断器保护

熔断器被广泛的应用到电力系统中，主要是在电力系统运行的过程中，如果某些元件过热或是出现游离而造成局部击穿的情况下，熔断器将会发生熔断来隔断故障元件并对其进行隔离，从而保证电力系统中的其他元件能够正常的运行，避免被故障元件所影响。熔断器在安装过程中较为简单，而且熔断器的选择较为广泛，一般情况下，在故障发生的情况下通过对熔断器保护动作的分析，可以直接查找到故障的熔断器，这样更便于对电力系统进行维修。另外，通过大量的实践证明，在使用熔断器时，熔断时间仅仅需要几毫秒，能够有效的防止电容器的故障扩大，从而避免了电力系统出现的损失。

1.3 电流保护

电容器故障会威胁到整个电力系统的运行质量，因此在电容器运行的过程中，必须要做好电容器的保护工作，避免电容器出现运行故障。电流保护作为电容器运行保护的关键手段，主要是通过在微机中加装过电流保护、限时电流速断保护等保护措施，这样在电容器发生相间短路故障或是接地短路等故障时，相应的保护装置能够快速动作，及时切除电容器，从而保证电容器运行的可靠性、安全性。另外，在电流保护实施的过程，应考虑到涌流过大的问题，为了避免涌流过大而对系统造成影响，尤其是电流定值较小的情况下，可以通过延时01-0.2秒来对保护动作进行选择，从而保证电容器运行的安全性、可靠性。

1.4 不平衡保护

除了以上所提到的集中电容器保护措施之外，还可以通过不平衡的保护方式来对电容器设备实施保护。就现阶段不平衡保护来说，主要分为单星形接法和双星形接法两种，其中的单星形接法主要是采用差压保护（如图1所示）；而双星形接法主要采用的是差流保护。当一相的上下两段电压差大过整定值时候，保护动作于开关跳闸。差流保护将两星形中点间的差流作为起动依据。正常情况下，电容器组对称运行，没有差流出现。而在某相一臂中出现击穿或切除整台电容器时，差流将大于整定值，起动保护跳闸。接法和实现虽不同于差压保护，但其出发点是一样的。都是为了保证在可承受的异常情况下，切除故障元件后，让其余健全电容器能继续运行。

2 电容器二次回路

2.1 电压电流部分

电容器保护的二次回路主要包括电流回路、电压回路、控制回路、信号回路和闭锁回路。其中电流、电压回路属于交流回路，回路中的电流、电压量分别来自对应的电流、电压互感器的二次侧。而控制回路、信号回路和闭锁回路属于直流回路，其直流电源均来自保护室内的直流馈线屏。下面将通过南瑞继保电容器保护RCS-9631C中的低电压保护来介绍其电压回路、控制回路及其闭锁。

电压回路：

为防止系统故障后线路断开，引起电容器失去电源，而线路重合又使母线带电，使电容器承受合闸过电压而损坏，装置中设置经投低电压保护开入控制的低电压保护。低电压保护可以经整定控制字选择是否经电流闭锁，以防止PT断线造成低电压保护误动。

如图2中，电容器的保护RCS-9631C装置由端子101～4获得A，B，C三相电压和中性点电压。外部电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU经采样数字处理后，进行计算。

图2 电容器二次电压回路

图3 电容器低电压保护逻辑图

图3中，LB指低电压电流闭锁投入；DY指低电压保护投入的软压板（硬压板状态、软压板状态、控制字状态均为“1”，才投入相应保护元件）；tdy指低电压保护跳闸延时；BTJ指保护跳闸接点。此图可以看出，保护动作由4个条件相与而来：

(1)低电压保护的软压板“DY”、硬压板“投电压保护”要同时投入，跳闸接点才可能收到正脉冲；

(2)三个线电压要同时低于整定值，保护才可能动作。这是为了防止所接PT的二次空开误跳造成PT失压时误动；

(3)线路已经是合闸状态；

(4)线路开关已经断开，三相电路均为零。即经电流闭锁，以防止PT断线造成低电压保护误动。

2.2 控制回路部分

图4 RCS-9631电容器保护的控制回路

下图4中，端子403为遥控正电源输入220V+（110V+）。端子416为保护跳闸出口，出口继电器的另一端已固定联结控制电源220V+（110V+）。以上条件满足后，跳闸回路导通，跳闸脉冲经过出口继电器和出口压板1LP1。跳闸脉冲延图4中绿色箭头回路传播，传经跳闸保持继电器TBJ时，使其励磁而闭合跳闸保持继电器常开触点TBJ，从而导通了图示绿色箭头所示的跳闸回路，使得跳闸线圈TQ带电，动作于跳闸。电容器保护合闸回路则如图4中黄色箭头所示，其合闸过程与保护跳闸过程类似，不再赘述。另外，就地分合闸于保护分合闸的不同之处就是，就地分合闸是将转换开关把手1QK打至就地位置，使其①、②节点导通，然后通过按手分TA、手合HA按钮来发出跳合闸脉冲的。

控制回路时其合闸回路里有防跳接点、中间继电器辅助接点、地刀接点、网门接点、开关机构储能行程接点和开关辅助接点等。因此从控制回路图中可以看出其合闸回路导通条件为：有合闸脉冲、无跳闸信号、网门关闭、地刀拉开、开关机构储能、开关为分闸。只有这些条件都满足，合闸线圈HQ才会动作于合闸。另外，我局规定电容器在开关跳开后，会经一个20分钟的合闸闭锁，以防止电容器的频繁投切。跳闸回路里有开关机构行程接点，当有分闸脉冲时，只要开关为合闸状态且机构行程符合要求，即接通跳闸回路动作于跳闸。跳闸回路相对简单，没有太多的闭锁是因为电力系统中对跳闸的可靠性要求很高，一旦开关拒动，就需要由下一级保护动作切除故障，将会使故障范围扩大。