高低压电容补偿柜各元器件地作用及其选型

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1、高低压电容补偿柜各元器件的作用及选型概述高压断路器短路电流的开合并联电容器的保护并联电容器的运行与维护1. 接线类型及优缺点：目前在系统中运行的电力电容器组的接线有两种：即星形接线和三角形接线。 电力企业变电所采用星形居多，工矿企业变电所采用三角形居多。 三角形接线优点：可以滤过 3倍次谐波电流，利于消除电网中的3倍次谐波电流的影响。 三角形接线缺点：当电容器组发生全击穿短路时，故障点的电流不仅有故障相健全电容器的放 电涌流，还有其他两相电容器的放电涌一、并联电力电容器的接线 流和系统短 路电流。故障电流的能量往往超过电容器油箱能耐受的爆裂能量，因而常会造 成电容器的油箱爆裂，扩大事故。星形接

2、线优点：当电容器发生全击穿短路时，故障电流受到健全相容抗的限制，来自系统的 工频短路电流将大大降低，最大不超过电容器额定电流的3 倍，并没有其他两 相电容器的放电涌流，只有故障相健全电容器的放电电流。故障电流能量小， 因而故障不容易造成电容器的油箱爆裂。在电容器质量相同的情况下，星形接 线的电容器组可靠性较高。并联电力电容器的接线与电容器的额定电压、容量，以及单台电容器的容量、 所连接系统的中性点接地方式等因素有关。220500kV变电所，并联电力电容器组常用的接线方式:（1）中性点不接地的单星形接线。（2）中性点接地的单星形接线。（3）中性点不接地的双星形接线。（4）中性点接地的双星形接线。

3、666kV为非直接接地系统时，采用星形接线的电容器中性点不接地方式2. 电容器的内部接线（1）先并联后串联：此种接线应优先选用，当一台电容器出现击穿故障，故障 电流由来自系统的工频故障电流和健全电容器的放电电流组成。流过故障电容 器的保护熔断器故障电流较大，熔断器能快速熔断，切除故障电容器，健全电 容器可继续运行。（2）先串联后并联：当一台电容器出现击穿故障时，故障电流因受与故障电容 器串联的健全电容器容抗限制，流过故障电容器的保护熔断器故障电流较小， 熔断器不能快速熔断切除故障电容器，故障持续时间长，健全电容器可能因长 时间过电压而损坏，扩大事故。3. 并联电容器的接线及各元件基本要求：（1

4、）电容器1）型式的选择可由单台电容器组成或采用集合式电容器组。单台电容器组合灵活、方便，更换容易，故障切除的电容器少，剩余电容器只要过电压允许可继续运行。但电容器组占地面积大布置不方便。集合式电容器组和大容量箱式电容器组，占地面积小、施工方便、维护工作少，但电容器故障要整组切除，更换故障电容 器不方便，有时甚至要返厂检修，运行的可靠性不如单台电容器组。在具体工 程中可根据实际情况选择电容器组的型式。2）额定电压的选择电容器的额定电压应能承受正常运行可能出现的工频过电压，其值不大于电 容器额定电压的 1.1 倍。当电容器回路接有串联限流电抗器时，应计及因串联电 抗器引起的电压升高，电容器的端电压

5、将高于接入处电网电压，其升高的电压 与电抗器的电抗率有关，可按以下电抗率确定电容器的额定电压： 当电抗率K1%时，取每相电容器的额定电压 当电抗率4.5%K6%时，取 当电抗率K=12%时，取 当电抗率12%K31.5A 的熔丝：f0=800Um,020%上两式中 Um熔断器的最高工作电压，kV；020%表示正误差的范围。b、在同一熔丝上，在制造厂规定的时间间隔中放电100次，放电振荡频率应为f0=800Um,020%（4）电容器放电涌流的计算：单台健全电容器的放电涌流iy的计算：故障支路的涌流为：上两式中为涌流的振荡角频率；并联电容器的台数；R放电回路电阻；L 一放电回路电抗；工频电流的角频

6、率。4. 熔断器保护的优点：（1）简单可靠，选择性好，能把故障电容器从电容器组切除，保证了健全电 容器正常运行，提高了整组电容器运行的可靠性。（2）在特性上容易与电容器的箱壳爆裂特性相配合。在短路电流大时，熔丝 熔断时间短，加上燃弧时间，一般可在20ms以内将短路电流切除，能有效防 止电容器箱壳爆裂。（3）在熔丝断弧时，其电弧与电容器击穿点的电弧串联。短路的能量按电弧 的电阻分配，从而减少了在电容器箱壳内释放的能量，也有利于防止电容器箱 壳爆裂。1. 工频过电压产生原因（1）系统出现工频过电压，电容器所在的母线电压升高，使电容器承受过电 压；（2）一组电容器中个别电容器故障切除或短路，串联电容

7、器间的阻抗发生变 化，电容器之间的电压分配比例发生变化，引起部分电容器端电压升高。 前 者称为外过电压；后者称为内过电压。五、并联电力电容器组的工频过电压保护2. 外过电压保护通过电压继电器反映外部工频电压升高。电压继电器可接在放电线圈或放电 用电压互感器的二次侧。为了防止电压回路断线，过电压保护拒动，建议采用 三相三继电器接线。三相电压继电器触点串联去启动时间继电器。为了防止瞬时出现过电压时，电 压继电器动作不返回，应选用高返回系数的电压继电器作为电容器的过电压保 护（返回系统在 0.98 以上）。过压继电器的整定范围为1.11.3倍额定电压。动作时间小于电容器允许的 过电压时间。3. 内过

8、电压保护在一组电容器中，故障切除或短路一部分电容器后，剩余电容器承受的电压 大小与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。在设 计中可采用的接线方式有三角形接线、中性点接地（不接地）的单星形或双星 形 接线等。每相串并联的方式与电容器组的工作电压以及电容器的总容量有关， 因此，内过电压保护的接线方式也很多。装设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超过额定电压的1.10倍。 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 电压。但这就需要许多台电压互感器和电压继电器，使过电压保护复杂化，在 工程中应用得很少。在实际

9、工程中应用最多的是不平衡保护，原理是检测一组电容器中，健全 部分与故障部分（电流或电压）之间的差异，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 式也不同。（1）对不平衡保护的一般要求：1）不平衡保护应与熔断器相配合，使之在整组电容器切除之前，先由熔断器 切除故障的电容器。当故障的电容器切除后，剩余的电容器过电压超过额定电 压的 110%时，再切除整组电容器。2）不平衡检测继电器应有足够的灵敏度，当过电压小于或等于5%时应发出 信号。当单台电容器切除后，剩余电容器过电压超过 110%时应动作跳闸并闭锁 自动投切回路。3

10、）不平衡保护的跳闸延时要恰当，不能太短，要防止在出现涌流、线路发生 接地故障、雷击、邻近电容器组的投切、断路器三相合闸不同期等情况下保护 误动作。延时太长，在断相，切除单台电容器数量太多，剩余电容器过电压超 过 10% 的时间太长，对电容器，互感器等设备造成损害。4 ）不平衡检测继电器 应考虑防止系统谐波电流或电压的影响，在有些情况下需要加滤波回路。5）由于故障、投切操作等原因有可能在中性点处产生暂态过电压，在中性点 的电流（压）互感器应有相应的过电压保护，其二次回路的控制电缆也应有防 御暂态过电压的措施6）在单星形或双星形接地的对称位置失去相同数量的电容器而产生的过电 压，不平衡保护不能反应

11、。但这种情况出现的几率很少。（2）几种主要的不平衡保护方案1）中性点不接地单星形接线不平衡保护。不平衡检测是由一个接在电容器中性点与地之间的电位检测装置来完成的。 当失去一台电容器时，在中性点产生的不平衡电压可由下图曲线中查得，也可 按下式计算：剩余电容器两端的电压可按下式计算：2）中性点接地单星形接线不平衡保护。 不平衡检测是由一台接在电容器中性 点和地之间的电流互感器来完成的。采用此种保护方案，当失去一台电容器时，中性点产生的电流可由下图查得， 也可由下式计算：剩余电容器两端电压可由下式计算：3）中性点不接地双星形接线不平衡保护常用的有两种方案，即采用电流互感器加过流继电器或用电压互感器加

12、过压 继电器。如下图所示。此种保护方案，中性点间不平衡电流及不平衡电压按下 式计算：（不平衡电流也可由下页曲线查得，不平衡电压确定与单星形接线相 同。）剩余电容器两端电压可由下式计算：4）中性点接地双星形接线不平衡保护两星形部分的中性点通过各自的电流互感器之后再汇合到一点接地。电流互 感器二次侧采用差接之后接到一只过电流继电器上。不平衡电流及剩余电容器 上过电压的计算与中性点接地的单星形接线相同。不平衡保护的设计，除了在接线和设备的选择上需认真考虑之外，正确的估 计和消除不平衡回路的误差，对提高不平衡保护的灵敏度和可靠性非常重要。 不平衡回路的误差主要是由于系统电压不平衡或由于电容器的制造公差

13、。这种 误差可能引起不平衡保护的误动或拒动。下表给出了这种误差的计算公式。5）带有固有不平衡补偿的中性点不平衡保护为了检测失去一台或两台电容器时在中性点产生的不平衡电压，消除固有误 差产生的不平衡很有必要。在大容量电容器组的不平衡保护中，有时要采用补 偿回路，补偿不平衡回路的误差，提高保护的灵敏度。下图就是这种方案。 装设过电流保护的目的是作为电容器的引线、套管的短路故障保护，也可作为 电容器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的电流互感 器二次侧，通常分为速断和过流两段。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。动作时带有0.10.2的延时，躲

14、过 电容器的充电涌流。过流段按大于电容器组的最大长期允许电流整定。 建议 两段电流保护均 采用三相式接线，以求获得较高的灵敏度。过电流保护动作于 电容器的断路器跳闸。六、并联电力电容器组的过电流保护 失压保护由低电压继电器构成，可接入母线电压互感器，也可以接在放电线圈 或放电电压互感器二次侧。失压保护的整定值既要保证在失压后电容器尚有残 压时能可靠动作，又要防止在系统瞬时电压下降时误动作。一般电压继电器的 动作值可整定为0.50.6 倍额定电压。动作时间应大于重合闸时间，可取 0.5 1s 。为防止因电压回路断线保护误动作，失压保护可采用三相三继电器接线方式， 三个低电压继电器的接点串联去启动

15、时间继电器。在一段母线上有几组电容器 的情况下，可共用一套失压保护，母线失压时，切除各组电容器。电力电容器 组的继电保护接线如下页图。七、并联电力电容器组的失压保护1. 谐振和谐波的影响一组并联电容器组与系统的电感元件构成了一个谐振回路，在电容器组投切 时，就会产生谐振。产生的过电压和过电流有可能引起有关回路中的电气设备 如断路器、避雷器、互感器等设备的故障。特别是投切电容器中，如断路器多 次重燃，谐振发生地可能性就更大。谐振还可能引起其他设备的继电保护不正 确的动作。电容器组还可能在系统其他地方产生的谐波作用下发生谐振。这种情况使电 容器组产生串联或并联谐波。为了限制这种谐波，应装设滤波装置，也可采用 额定电压较高的电容器、串联电抗器或改变电容器组的容量来解决。七、并联电力电容器组对其他设备保护的影响2. 涌流的影响 在某些场合，涌流可能在系统其他部分产生有害的共振 效应，在控制电缆上产生危险地感应冲击过电压，对附近通信设备产生噪声干 扰。通常用加串联电抗器来限制涌流的幅值，电抗器的电抗值一般为电容器容 抗的1%12%。虽然电抗值很小，但限制涌流的作用很明显。 中性点直接 接地的电容器组，投入涌流中的三倍次谐波分量要经中性点入地，有可能对二 次设备产生干扰，故中性点接地电容器组及其他能传输高频暂态电流入地的设 备，都应远离主控制室和电缆沟道。