并联电容器内部故障保护的现状及分析
作者： 来源： 时间：07-05-24 加入收藏
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电容器 保护
1．3保护方式的比较
1．3．1外熔丝＋继保
外熔丝＋继保的保护方式在各地应用最为广泛。按照电力行标DL442－91《高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件》的要求，熔断器熔丝的额定电流应不小于被保护电容器额定电流的1．43倍，一般推荐在1．43～1．55倍的范围内选取。同时规定了熔断器的基本熔断特性见表1。
如熔丝额定电流选为1．5 Ic（Ic为电容器额定电流），则故障电流≤1．1×1．5Ic＝1．65 Ic时，熔断器不动作，只有当Ic′＞1．5×1．5 Ic＝2．25 Ic时，熔丝进入快速动作区，而此时电容器内部故障率已达50％。也就是说电容器故障率小于50％或更小时，熔断器保护存在着死区。
1．3．2内熔丝＋继保
安装内熔丝的主要作用是隔离电容器内部早期击穿的故障元件，使电容器单元继续工作。按照GB3982．2－89《高电压并联电容器》的要求，电容器单元装有内熔丝，在单元的整个寿命期间，熔丝应能承受等于或稍大于单元电流最大允许值除以并联熔丝数的电流、开关操作引起的涌流以及内部其他元件损坏和外部短路时的放电电流。当元件在0.9Un和2.0Un范围内发生击穿时，熔丝应能将损坏的元件隔离开来。
当一个元件击穿后，来自并联元件的放电电流和电源工频续流，使得该元件的内熔丝迅速熔断，从而达到隔离故障元件的目的。但是击穿元件熔丝的熔断不仅与并联的元件数有关，也与工频故障电流有关。随着熔丝开断数的增加，健全并联元件数减少，向击穿点提供的能量减少；同时，电容量减小，容抗增加，工频故障电流减小，有可能使得故障元件熔丝开断能力逐步下降，失去对故障元件的隔离作用，形成保护死区，导致故障串元件全部短路。此外，内熔丝对电容器内部极间短路无保护作用，也是内熔丝保护的死区。
内熔丝电容器不平衡保护的整定，是以故障元件被熔丝切除后，其端电压升高不危害其余健全元件为原则。内熔丝电容器较早在欧洲等国家生产和应用，我国曾从国外引进大容量内熔丝电容器，在武汉、沈阳均发生过严重的爆炸起火事故。
1．3．3外熔丝＋内熔丝＋继保
由于内熔丝只能隔离电容器内部的故障元件，对电容器的其它内部故障无法起到保护作用。而实际的运行经验表明，除极间介质发生绝缘击穿外，引线对外壳的击穿短路和套管外绝缘发生闪络等，都可构成极间短路。这类故障的短路电流不通过内熔丝，且电流峰值大、衰减快，继电保护亦不能反映，只有靠外熔丝来切断这类故障电流。外熔丝＋内熔丝＋继保的措施是综合了内熔丝和外熔丝的保护特点而产生的，由内熔丝对个别元件早期故障进行隔离，由外熔丝对电容器贯穿性击穿实施快速保护。国内采用此类保护措施已运行多年，但是国外有关文献则提出：“内外熔丝保护不应同时使用，否则是危险的。”在内外熔丝如何配置，使用的安全可靠性方面值得深入探讨和研究。
目前国内安装在500 kV变电所的大容量高压并联电容器装置，大多选用带内熔丝电容器，同时配置单台电容器保护用熔断器，其不平衡保护（一般采用中性线不平衡电流保护）整定需考虑到内熔丝切除故障元件后，健全元件上的过电压倍数不超过1．1倍以及外熔丝切除故障电容器后，健全电容器上的过电压倍数超过1．1倍。如无锡电力电容器厂和锦州电力电容器厂的装置均按此原则设计。
1．3．4继电保护（不平衡保护）
电容器内部故障继电保护的动作原理均是由故障电容器在故障时引起电容器变化，使得故障支路与非故障支路之间的电流和电压产生不平衡而动作，所以又称不平衡保护，其动作结果是切除整组电容器。前面讲述的三种保护形式均是以不平衡保护作后备保护。
在以不平衡保护为电容器内部故障主保护时，其保护的对象是电容器组，要求电容器组三相基本平衡，且不允许缺台运行。但是目前保护定值缺乏规范，多数是以内部元件故障率来整定，一般故障率达到50％以上动作。另外，不平衡保护取样信号与故障单元电容变化量大小成正比，又与单元总数成反比，电容器组单元数量越多，故障单元电容变化量越小，则取样信号越小。
不平衡保护无论是作为主保护还是后备保护，在国内主要有如下几种类型：
（1）开口三角零序电压保护该保护大部分用于10 kV单星形接线电容器
组，将放电线圈二次接成开口三角，无需专用互感器，灵敏度高。但是容易受到系统电压不平衡的影响，只不过10 kV系统对地电容不平衡度相对较小。
（2）电压差动保护
该保护一般用于每相有两个串段的电容器组，放电线圈为三套管（一次和二次均由2个线圈组成），一次线圈分别接电容器的两串段，二次线圈按差动联接。这种接线方式不受三相电压不平衡和单相接地故障影响，故障时分相动作。其缺陷是当某相的两个串段内的电容器同时发生故障且故障台数相同时，不能正 确反映。
（3）中性线不平衡电流（电压）保护
该保护用于容量较大的电容器组，将电容器接成两个星形，在两个中性点间连接安装电流互感器。这种方式不受三相电压不平衡和谐波的影响，灵敏度较高。但当某台电容器发生短路击穿，且每相串段较少（如一个串段）时，高频放电电流通过电流互感器很容易将其烧坏。这类事故在运行中时有发生，我省温州蒲州变在1996年曾发生过此类事故。
有些地方将电压互感器替代电流互感器，结果使保护灵敏度降低，因此未能得到广泛应用。 （4）桥式差流保护
该保护在66 kV大容量电容器组中应用，每相有两个及以上的串段，其特点同不平衡电流保护相似。
2进一步研究的设想
并联电容器内部故障，除了产品制造质量的原因外，还有许多外部原因，故障与事故在所难免。而目前并联电容器内部故障保护措施还不能确保安全运行的要求，开展此项研究工作显得十分必要，亦非常重要。从分析现有保护装置入手，针对存在的问题，通过必要的试验研究，提出改进完善措施将是可行的。
鉴于国内高压并联电容器内部故障保护形式主要是：外熔丝＋继保、内熔丝＋继保、外熔丝＋内熔丝＋继保、单独继保，因此熔断器保护是研究的重点，其次是熔断器保护与继电保护的配合问题。
