高压并联电容器装置的保护整定问题探析

郭彩丽

摘要：作为整个电网中的关键设备，电容器是否能够保持顺利的运行，直接关系着整个电网所处的运行状况。从目前来看，系统保护整定通常涉及到电压保护以及电流保护，二者共同构成了电容器装置的重要保护措施。针对不同类型的电容器装置而言，应当选择与之相适应的保护整定措施。

关键词：高压并联电容器装置；保护整定问题；具体措施

在无功补偿的各种装置中，高压并联的电容器构成了其中的重要构件，处于运行状态的高压系统如果出现了电容器的损坏，则很可能干扰到后期的运行。由此可见，对于保护整定的相关问题进行全面探究，此项措施有助于探明装置故障的根源所在，然后运用适当的措施来解除故障。

一、并联电容器的主要结构分析

从基本结构来讲，并联电容器由箱壳、芯子、绝缘套管等组成。其中芯子由多个电容器小元件通过先并后串组装而成。如果电容器内部并联原件足够多时，电容器内部每个小元件都可以加一条内熔丝，内熔丝和元件之间串联连接，内熔丝安装于电容器元件之间或者安装在元件的侧面。在电容器的内部，某些元件如果突然被击穿，完好的电容器元件对故障元件放电，与之相串联的熔丝将会熔断。

运用弯折焊接的方式来焊接不锈钢板，进而完成整个箱壳的制作，箱壳本身应当具备优良的耐爆性。在必要的时候，可以把出线套管焊接在箱盖的上方，然后把接线头连接在套管的位置上。此外，还需要做好瓷套、箱盖与接线头之间的密封连接，运用压接式的连接方式应当能够避免缓慢渗漏，有效保护了套管的部位。

二、高压并联电容器的一次主接线

在各种类型的接线方式中，针对高压并联形式的电容器通常可以选择双星形或者单星形的两类接线模式。一般来讲，对于接线方式如果要进行选择，则有必要参考电容器本身的耐爆性能、电压等级以及补偿容量，因地制宜选择合适的主接线方式[3]。此外，还要关注双星形或者单星形的两类典型接线形式。从现状来看，接线方式包含了较多种类，与之有关的保护方式也可以分成很多类型。常见的有开口三角电压保护、电压差动保护、桥式差电流保护等。一般容量较小的单星接线装置都可采用开口三角电压保护，电压差动保护通常适用于电容器外部串联数为两串以上的偶数串的单星接线的装置。双星形的接线方式电容器装置选择中性点不平衡电流保护的措施。

例如：某高压并联装置设有串联形式的电抗器与电容器组，系统母线侧连接于隔离开关、断路器以及互感器。在两侧电容器的位置上，隔离开关设计为接地的方式，对于避雷器应当将其安装在进线侧。单相连接法通常适用于电容器组，在上侧桥臂与下侧桥臂的位置上可以设置电流互感器，据此测出各个时间段流经装置的桥式电流差值[4]。在必要的时候，还可以借助放电线圈来测查电压放电与断路器闭合之间的关系，以此来减少过电压并且保障人员安全。

三、并联电容器采用串联电抗器

通常来讲，电容器组与电抗器都应当串接在一起。具体在运行时，可以视情况来选择谐波抑制的措施，避免谐波出现突然放大的状态；同时，上述措施也有助于与电容器受到的影响。电容器一旦投入了正常运行，那么充电状态中的电容器将会引发相对较高的涌流。然而如果运用电抗器串联的方式，那么对于潜在的系统涌流就能进行抑制。因此可见，串联电抗器运用于并联电容器的关键就在于慎防误动作的出现，针对整个电容器都能提供全方位的保障。

在高压并联的整个系统中，通常都需要配合设置电容器与电抗器，二者呈现串联的形式。具体在设计时，应当把电抗率与额定电压视作最关键的电抗器参数。在这其中，额定感抗以及额定容抗二者的比值就相当于串联电抗器本身的电抗率。如果要选择合适的型号，那么还需参照特定的技术条件加以确定。

四、高压并联电容器的保护以及整定

（一）高压并联电容器的保护分析

1.内熔丝保护

内熔丝应当布置在电容器元件的内部，一旦察觉到某些故障，则要运用内熔丝作为关键的保护设施。之所以要安装内熔丝，目的在于精确隔离或者切断突然出现故障的电容器元件，以便于保护其他完好的电容器元件，在一定的范围内维持正常的元件运转。安装内熔丝的流程并不复杂，内熔丝本身也具有优良的可选性与较短的熔断时间，因此有助于在最大限度内避免扩大化的电容器故障。生产厂家可以视情况安装内熔丝作为所需的保护设施，一旦出现了故障，则可以启用故障隔离。然而实质上，内熔丝并不能用来实现开关跳闸。因此如果要實现跳闸，那么还需配合其他类型的外部保护。

2.电流保护

从基本类型角度来讲，针对电流保护应当将其分成速断保护以及过电流保护的两种类型。电流保护应当符合敏锐度的基本要求，对此可以选择三相式的系统接线方式。

具体来讲，速断保护应当适用于外部性的某些故障，典型为套管的相间短路或者电容器组发生的引线故障。作为系统中的主保护，电容器端如果突然发生了某种引线故障，那么对此应当测出精确的电流定值，以便于确定灵敏系数。

与之相比，过电流保护通常涉及到特定的电容器条件。系统在运行时，稳态过电流以及额定电流至少应当保持在1.3倍的有效值，而不能低于上述的数值限度。针对电容器应当予以全方位的有效保护，对此需要将其控制在1.5倍至两倍之间的额定电流，并且将其视作保护定值。此外，各个保护动作至少相隔1秒左右。通过运用上述的措施，就能完成全过程的电流保护。如果将其折算成20℃，那么就能表述基准值，上述过程涉及到如下的换算公式：C20=CX*[（-4*10-4）*1-（x-20）]。保护整定运用的灵敏系数至少应当为2，或者达到3倍至5倍的额定电流。在过渡状态下，充电涌流很可能将会影响到电容器，因此最好将其控制于0.1秒至0.2秒之间的整定动作时限。

3.电压保护

电压保护具体可以分成欠压保护以及过电压保护。在这其中，过电压保护的宗旨在于保证整个装置所处的安全状态，避免运行中的电容器组出现过高的电压。这是由于，电容器在很多状况下都可能表现为过电压，上述情况包含了谐波谐振以及轻负荷运行等。如果在电网中接入了电容器装置，那么将会引发强度较高的谐波谐振，进而造成了过电压。除此以外，某些电容器如果表现为内部性的装置故障，则也可能改变电容器组本身的容抗。因此可见，过电压将会直接引发迅速升高的端电压。

除了过电压保护以外，欠电压保护本身也构成了保护整定的关键部分。在特殊情况下，突然断电后的系统又会迅速恢复正常的送电，然而并没有同步切断其中的电容器。受到上述状况的影响，带电容器以及变压器将会出现合闸，进而造成了过电压谐振的产生。如果遇到上述的故障，则可能损坏电容器以及系统变压器。电容器组在失去电压时，如果母线与电容器组仍然连接在一起，那么残留在电容器中的电压将会损坏电容器本身。一旦恢复了电源供电，那么处在合闸状态的电容器将会发生烧毁。从现状来看，可以把额定电压的0.2倍至0.5倍设计为整定值。

4.桥差不平衡电流保护

如果装置内部的电容器元件突然产生了故障，那么与之相连的内熔丝将会突然出现熔断。在此过程中，针对故障元件有必要迅速进行隔离。然而与此同时，系统也将出现不平衡的桥臂电流差。除了故障元件之外，其他元件受到分压差异的影响，也将承受相对较高的过电压。此外，故障元件本身的容量很可能改变，进而增大了不平衡电流。

依照现行标准，针对额定电压至少应当将其控制在1.3倍以内的过电压倍数。如果设计了桥式差流保护，那么整定值至少相当于1.25倍左右的过电压数值，以此来保护那些没有陷入故障的系统元件。如果标准值低于不平衡电流值，则会启用保护装置；经过较短的延时之后，系统将会跳闸。

（二）高压并联电容器的整定分析

1.单台电容量

电容器装置即便处在正常运行中，那么电容量也可能出现异常的细微变化。一旦察觉到上述状况，则可以判定电容器已经受到了熔丝带来的影响，进而引发了设备故障。在上述状况下，虽然整个装置仍旧保持常态运行，然而其中的较多设备都将会遭受影响。由此可见，针对单台电容量有必要密切关注各个时间段的电容量，对此应当限制于5%-3%的波动范围内。

系统如果设有专用性的保护方式，那么单台设备就应当包含警告值以及基准值的两类保护整定值。具体来讲，通过实测得出的基准值可以进行特定的折算处理，将其换算成20℃的数值，在这其中通常都会涉及到电容量与温度之间的反比关系。而针对警告值而言，运算的基础在于接线方式与熔丝形式，在此前提下就能获得精确度较高的整定值。从目前的现状来看，技术人员有必要密切结合系统所处的真实状况来划分各个层次的警告等级。如果故障本身较为严重，那么针对断路器就要予以断开处理。

2.放电线圈

在高压并联形式的电容器中，电容器以及放电线圈二者构成了并联关系，其中也涉及到绝缘框。技术人员把放电线圈安装于系统的特定位置上，针对某些快速放电的系统设备能够予以实时性的控制。然而在运行时，多数电容器装置并没有保护放电线圈，上述状况集中体现于桥差保护，例如常见的层间短路以及匝间短路。针对整个系统如果没有予以实时性的检测，那么放电线圈就可能突然出现炸裂现象。近些年以来，各地变电站频繁出现了线圈炸裂等故障，对此不应当予以忽视。

在特殊状况下，二次绕组还会存在于放电线圈的内部，对此可以运用于检测系统电压。这是由于，放电线圈或者电容器如果突然陷于故障，与之相应的二次绕组也将突显变化。针对上述状况如果能够予以精确检测，就能精确判定各个时间段的设备运行实效性。如果选择了专用方式来保护放电线圈，那么也要将其分成警告值以及基准值的关键部分。通常情况下，应当限制于1.5%左右的警告值。如果系统本身超过了2%的二次绕组电压，那么应当予以告警。系统需要保留各个时间段的信息以及数据，进而提供了后期测量的参照。

3.三相不平衡

除了上述情况之外，单台电容器本身也可以用来实现专用保护。具体来讲，可以先检测电容量，据此判断电容器所处的运行状况。在上述的判定过程中，三相不平衡是否达到了特定程度，可以视作辅助性的判断要素。每隔特定的时间段，针对三相不平衡涉及到的各项信息就要予以上传，在这其中涉及到很多关键性的参考量，进而精确判断实时性的设备运行效益。遇到特殊情况时，如果察觉到了异常，则有必要开展全方位的精确检测，运用全面检测的措施来避免事故。技术人员有必要存储数据，在此前提下查找故障的根源。

五、结语

经过上述分析可知，针对高压并联类型的电容器来讲，保护整定应当构成其中的核心与关键。对于电容器系统有必要设计适当的整定值，据此实现相应的保护配置。因此可以得知，上述措施有助于减少各个时间段的运行成本，同时也提升了运行实效。截至目前，与高压并联电容器有关的保护整定仍然欠缺完善性，对此亟待加以改进。

参考文献：

[1]陈禹志.高压并联电容器补偿成套装置的二次保护[J].机电信息，2014（36）：61+63.

[2]張建军，孙红华，王钰，等.高压并联电容器组保护配置及整定值问题探讨[J]. 电力电容器与无功补偿，2014（06）：42-45+51.

[3]李振，庞素红.高压并联电容器装置的保护整定[J].电力电容器与无功补偿，2015（01）：7-10.

[4]杨昌兴，王明毫.并联电容器装置设计及应用的若干议题[J].电力电容器与无功补偿，2015（03）：1-9+13.