并联电容器装置用保护装置配置说明

并联电容器装置用保护装置配置说明

节选自《并联电容器装置设计规范条文说明》

6.1 保护装置

6.1.1 目前国内高压并联电容器装置中对电容器内部故障采用的保护方式，以外熔丝为最多，在我国大部分地区采用；其次为外熔丝加继电保护两者均为主保护，当电容器内部故障时，外熔丝和继电保护无论哪一种先动作均可，以两道保护来防止电容器爆裂，这种方式在华北地区采用；以内熔丝作电容器内部故障护主要用在进口电容器组和有内熔丝的集合式并联电容器；电容器有内熔丝又装设外部熔断器的在工程中极少用。

6.1.2 电容器发生故障以后，将引起电容器组内部相应两部分之间的电容不平衡，利用这个特性可以构成各种保护方式。本条所列的4种保护方式是工程中采用最多、保护效果较好的方式，其基本原理是利用电容器组内部某两部分之间的电容量之差，形成的电流差或电压差构成的保护，故称为不平衡保护，又可分为不平衡电流和不平衡电压两种类型。

电容器的IEC标准和我国的国家标准规定，电容器长期运行的工频过电压不超过1.10倍额定电压。根据这一点，本条规定，故障引起电容器端电压超过允许值时，保护应带时限将整组电容器断开。采用单台熔丝和继电保护配合对电容器进行保护是常用的一种保护方式。但是，有的地区的某些电容器组未装设外熔丝，而是采用内熔丝保护或者内外熔丝均没有，这种电容器组的不平衡保护应按电容器内部元件过电压允许值整定。电容器元件的过电压允许值目前国内尚未作统一规定，设计需要时，应请制造厂提供。

6.1.2.1 开口三角电压保护：将放电器一次侧与单星形接线的每相电容器并联，放电器的二次线圈接成开口三角形，在三角形连接的开口处接一只低整定值的电压继电器即构成开口三角电压保护。这种保护方式的优点是不受系统接地故障和系统电压不平衡的影响，也不受三次谐波的影响，灵敏度高，安装简单，是国内中小容量电容器组常用的一种保护方式。

6.1.2.2 电压差动保护：电容器组每相由两个电压相等的串联段组成(特殊情况两个串联段的电压可以不相等)，放电器的两个一次线圈电压相等(放电器的端电压应与电容器的两段电压相配合，可以不相等)并与电容器的两段分别并联连接，放电器的两个二次线圈按差电压接线并连接到电压继电器上即构成了电压差动保护。这种保护方式不受系统接地故障或电压不平衡的影响，动作也较灵敏，根据断电器的动作指示可以判断出故障相别。缺点是使用的设备比较复杂，特殊情况还要加电压放大回路。当同相两个串联段中的电容器发生相同故障时，保护拒动。

6.1.2.3 桥式差动电流保护：当电容器组每相的串联段数为双数并可分成两个支路时，在其中部桥接一台电流互感器，即构成桥式差电流保护接线。这种保护己在东北地区的66kv电网中采用。由于保护是分相设置的，根据动作指示可以及时判断出故障相别，这种保护的缺点是当桥的两臂电容器发生相同故障时，保护将拒动。

6.1.2.4 双星形中性点不平衡电流保护：将一组电容器分成容量相等的两个星形电容器组(特殊情况两个星形电容器组的容量也可不相等)，在两个中性点间装设小变比的电流互感器，即构成双星形中性点不平衡电流保护接线。这种保护在华北、华东地区应用很广泛，并有成功的经验，其缺点是要将两个星形的电容器组调平衡较麻烦，且在同相两支路的电容器发生相同故障时，中性点间的不平衡电流为零或很小，保护不动作。

上述4种保护方式均可检测单台电容器故障。因此，可用来作为单台电容器内部故障保护，其保护整定值确定的原则是按故障电容器内部正常元件承受的过电压不超过允

许值。

6.1.3 本条规定高压并联电容器装置外部引线和配套设备的短路故障可装设带有短延时的速断保护和过电流保护，动作于跳闸。

在由总断路器与分组断路器控制多组分别投切的电容器组时，该短路保护也可装在总回路上。保护可配置两段式，第一段为短时限的速断保护，第二段为过流保护，与分组过流保护相配合。当串联电抗器设置在电源侧时，分组回路保护跳开本回路断路器，电抗器前短路时应跳开总断路器(分组断路器不满足切断短路电流要求时)。当电抗器设置在中性点侧时，短路故障均应跳开总断路器。

6.1.4 在电力系统中，并联电容器常常受到谐波的影响，特殊情况可能发生谐振现象，产生很大的谐振电流。谐振电流将使电容器过负荷、振动和发出异音，使串联电抗器过热，甚至烧损。考虑到由于谐波而导致的电容器过负荷，故本条规定宜装设过负荷保护。

6.1.5 本条规定的目的是为了避免电容器在工频过电压下运行发生绝缘损坏。电容器有较大的承受过电压能力，我国标准规定，电容器允许在1.1倍额定电压下长期运行；在1.15倍额定电压运行30mi；在1.2倍额定电压运行5min；在1.3倍额定电压运行1min。原则上过电压保护可以按标准规定整定，但是电网电压很少达到以上数值，为安全起见，实际整定值选得比较保守。例如在1.1倍额定电压时动作信号，在1.2倍额定电压时经5～10s动作跳闸，延时跳闸的目的是避免瞬时电压波动引起的误动。

过电压保护的电压继电器有两种接法，一是接于专用放电器或放电电压互感器的二次侧；另一种是接于母线电压互感器，这种方式应经由电容器装置的断路器或隔离开关的接点闭锁，以使电容器装置断开电源后，保护能自动返回，过电压继电器应选用返回系数较高(0.98以上)的晶体管继电器。当设置有按电压自动投切的装置时，可不另设过电压保护，当由自动投切转换为手动投切时应保留过电压跳闸功能。

当变电所只有一组电容器时，过电压保护动作后应将电容器组的开关跳闸。如有两组以上电容器时，可以动作信号或每次只切除一组电容器，当电压降至允许值即停止切除电容器组(用手动或自动)。

6.1.6 并联电容器装置设置失压保护的目的在于防止所连接的母线失压对电容器产生的危害。从电容器本身的特点来看，运行中的电容器如果失去电压，电容器本身并不会损坏。但运行中的电容器突然失压可能产生以下危害：

(1)电容器装置失压后立即复电（有电源的线路自动重合闸)将造成电容器带电荷合闸，以致电容器因过电压而损坏。

(2)变电所失电后复电，可能造成变压器带电容器合闸、变压器与电容器合闸涌流及过电压将使它们受到损害。

(3)失电后的复电可能造成因无负荷而使电压过高，这也可能引起电容器过电压。

所以，本条规定了电容器应设置失压保护，该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，又要防止在系统瞬间电压下降时误动作。一般电压继电器的动作值可整定为50%～60%电网标称电压，略带时限跳闸。

在时限上一般应考虑下列因素：

(1)同级母线上的其他出线故障时在故障切除前一般不宜先跳闸；

(2)当备用电源自动投切装置动作时，在自投装置合上电源前应先跳闸；

(3)电源线失电重合时在重合闸前应先跳闸。

6.1.7 本条是根据目前运行单位反映的意见和要求作出的规定。油浸式铁心串联电抗器虽类似于油浸变压器，却没有设置瓦斯保护，无法反应内部故障，已出事故多起，运行单位多次提出建议，油浸式铁心串联电抗器需设置瓦斯保护。多大容量的串联电抗

器需设置瓦斯保护?如果参照变压器，则只有大容量电容器组的串联电抗器才够条件，这显然不合适。经与多方研讨，本规范建议0.18mva及以上的油浸式铁心串联电抗器设置瓦斯保护，设计需要时可向制造厂提出要求。

6.1.8 本条规定的目的在于指导用户选择低压电容器柜时考虑该产品保护是否齐全。其中短路保护、过电压保护和失压保护是应具备的基本保护。谐波电流进入电容器将造成电容器过电压和过负荷，对电容器有不利影响，是造成电容器损坏的原因之一。因此，低压供电网有谐波时，宜设置谐波超值保护。谐波超值保护其限值按0.69倍电容器额定电流考虑，则电容器最大电流不会超过1.30倍电容器额定电流，这时就可不增加过电流保护器件。当未装设谐波超值保护时应有过电流保护器件。