并聯(lián)電容器保護誤動(dòng)原因探究

1 故障概述

目前，變電站電容器組專(zhuān)用單元微機保護裝置已取代了傳統的熔管保護和繼電器保護，能夠實(shí)現二段過(guò)流、零序電壓等保護功能，集保護、監控于一體，與傳統熔管保護相比，集成化程度及保護程度高。由于變電運行管理部門(mén)對電容器組專(zhuān)用單元微機保護整定不夠重視，往往采用裝置出廠(chǎng)默認保護設置，其后果容易引起保護誤動(dòng)作。我們知道，電容器出線(xiàn)總開(kāi)關(guān)保護是電容器組單元微機保護的遠后備保護，兩者其保護范圍和反映故障類(lèi)型各異，如果在保護整定上不滿(mǎn)足保護選擇性要求，可能引起保護誤動(dòng)作。近期，我公司曾發(fā)生過(guò)一起因電容器組單元微機保護整定錯誤發(fā)生的保護誤動(dòng)現象。

2011年某月某日，35kV刁口變集中補償電容器組投入運行，10kV電容器投入第一組后，運行正常。當將第二組電容投入后，電容器組專(zhuān)用微機保護裝置發(fā)出“過(guò)流二段動(dòng)作，Ib=2.50A”故障信號，第二組電容器合閘后隨即分閘。查看裝置定值：過(guò)流一段5A，0s;二段1.5A,0.5s;零序電壓保護20V,0.5s。事后，我們對電容器組專(zhuān)用微機保護定值重新進(jìn)行了計算，結合現場(chǎng)跳閘數據進(jìn)行分析，找出了此次跳閘的原因所在。

2 原因分析

2.1 電容器組結構分析

目前，國內對并聯(lián)電容器裝置的單臺電容器內部故障，通常有如下三種保護方式：內熔絲加微機保護、外熔斷器加微機保護和無(wú)熔絲僅有微機保護。目前我公司電容器采用外熔斷器加微機保護及無(wú)熔絲僅有微機保護方式。按照GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設計規范》要求，廠(chǎng)家采用不同的保護方式，其優(yōu)缺點(diǎn)各異。對于外熔斷器加微機保護，在國內中小容量電容器上被廣泛采用，優(yōu)點(diǎn)是：故障時(shí)能夠直觀(guān)、及時(shí)發(fā)現外熔斷器熔斷，便于更換處理。采用外熔斷器作為短路保護，能夠克服內熔絲保護存在的死區，即：電容器內部引線(xiàn)之間短路和電容器套管閃絡(luò )擊穿，以及作為電容器內部元件串聯(lián)段發(fā)生擊穿短路(內熔絲保護失敗)的后備保護，動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)間呈反時(shí)限特性，在電容器發(fā)生擊穿短路時(shí)迅速被切除。內熔絲加微機保護形式，前幾年主要是進(jìn)口電容器和集合式并聯(lián)電容器采用，近期國內發(fā)展起來(lái)的大容量單臺電容器裝設有內熔絲。由于采用內熔斷器結構，一般裝置內部空間距離增加，金屬耗材增大，成本增加且技術(shù)要求高等，如果在技術(shù)協(xié)議中沒(méi)有明確規定，廠(chǎng)家一般不采用此結構。電容器內部沒(méi)有熔絲保護，又不裝設外熔斷器僅采用微機保護，這種形式比較少，從保護可靠性、選擇性看，不如外熔斷器加微機保護，優(yōu)點(diǎn)是降低了成本。

2.2 電容器組運行中發(fā)生故障的類(lèi)別及對應保護措施

運行中變電站電容器故障通常有如下幾種情況：

2.2.1 電容器組和電容器總開(kāi)關(guān)之間連線(xiàn)故障;

2.2.2 電容器內部故障及其引出線(xiàn)短路;

2.2.3 電容器組中，某一故障電容器切除后所引起剩余電容器的過(guò)電壓;

2.2.4 所連接的母線(xiàn)失壓;

2.2.5 電容器組過(guò)電壓;

按照GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》規定：對3kV及以上的并聯(lián)電容器組的下列故障應分別裝設保護。

對2.2.1條故障采取在電容器總開(kāi)關(guān)保護中裝設限時(shí)速段保護和過(guò)流保護;對2.2.2條故障采用電容器組微機保護及外熔斷器保護;對于2.2.3條故障采用不平衡電壓保護，其原理當電容器發(fā)生故障后，其電容量發(fā)生變化，將引起電容器組內部相關(guān)的兩部分之間的電容量不平衡，形成的電壓差構成開(kāi)口三角電壓保護。這種保護的優(yōu)點(diǎn)是：不受系統接地故障和系統電壓不平衡的影響、不受三次諧波的影響、靈敏度高、使用的設備數量少、安裝簡(jiǎn)單，是中小容量電容器組常用的一種保護方式。其缺點(diǎn)是：放電線(xiàn)圈三相性能差異和電源三相不平衡都會(huì )產(chǎn)生起始不平衡電壓，將影響保護的靈敏度。為了避免電容器組合閘、斷路器三相合閘不同步、外部故障等情況下誤動(dòng)作，延時(shí)一般為0.1～1.0s;對于2.2.4條故障采用失壓保護，原因一是當電容器組停電后立即恢復送電，將造成電容器帶電荷合閘，致使電容器過(guò)電壓而損壞;二是當變電站停電后恢復送電，可能造成變壓器帶電容器合閘，變壓器與電容器的合閘涌流以及過(guò)電壓將使兩者均受到傷害;對于2.2.5條故障采用過(guò)電壓保護，按電容器端電壓不長(cháng)時(shí)間超過(guò)1.1倍電容器額定電壓的原則整定。

2.3 電容器組微機保護整定計算

目前我公司變電站運行中的并聯(lián)電容器組為單星形接線(xiàn)，電容器內部小元件按先并后串且無(wú)熔絲,外部接線(xiàn)按有無(wú)并聯(lián)電容器及是否裝設專(zhuān)用單臺熔斷器方式連接。其中三個(gè)站采用LDBH201電容器組微機保護單元，電容器裝有專(zhuān)用單臺熔斷器;一個(gè)站采用DSB2030型電容器組微機保護單元，電容器未裝有單臺熔斷器。整定計算時(shí)，不同廠(chǎng)家產(chǎn)品其整定要求不同，同時(shí)按照保護整定規程要求，電容器是否裝設專(zhuān)用單臺熔斷器其計算公式也不同。下面分別舉例說(shuō)明保護整定計算原則及結果。

2.3.1 DSB2030型微機保護單元保護整定計算：

110kV羅家變電容器組采用單純的微機保護，電容器未裝設單臺熔斷器，電容器型號為DS5-12/3000-3N，分三組投切，容量比為1:2:3，單星形接線(xiàn)。其參數如表1：

圖1 無(wú)單臺熔斷器電容器組

2.3.1.1 零序電壓整定計算

按照《3～110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規程》規定：應躲過(guò)由于三相電容的不平衡、電網(wǎng)電壓的不對稱(chēng)、正常時(shí)所存在的不平衡零序電壓，在整定時(shí)應盡量降低保護定值，以提高較高的靈敏度，同時(shí)應滿(mǎn)足廠(chǎng)家要求。

第一組和第二組開(kāi)口三角動(dòng)作電壓整定值：

式中：UDZ:開(kāi)口三角零序電壓整定值

U——————放電線(xiàn)圈的二次相電壓57.7V;(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比：10000/100)

N——————每相電容串段數為4

M——————每相電容并聯(lián)只數為2

考慮靈敏度要求，用公式(1)計算的值應盡量降低，

UDZ=5.77V≈5V

零序電壓定值?。?V，因該裝置程序中已經(jīng)固化為0.2s，因此動(dòng)作時(shí)限整定為0s。

第三組零序電壓：

U——————放電線(xiàn)圈的二次相電壓57.7V(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比：10000/100)

N——————每相電容串段數為4

M——————每相電容并聯(lián)只數為2

為取得較高的靈敏系數，在整定計算時(shí)應盡量降低保護定值，UDZ≈3.037V≈3V，因該裝置程序中已經(jīng)固化為0.2s，因此動(dòng)作時(shí)限整定為0s。