高压并联电容器故障保护分析研究

300~10020 14920.69
表 1-4 电容器组容 量的累计范 围 （kvar）
35kV 电容器组接线（保护）方式与容量关系
各种接线（保护）方式占合计装置容量总和的百分比 合计装 置容量 总和 双星形中性 单星形相电 点不平衡电 压差动保护 流保护 （%） （%） 护 （%） （%） 三角电压保 差流保护 单星形开口 单星形桥式
适用 范围
适合于较大容量 电容器组，虽并 联台数受限制， 但由于保护灵敏 度提高，可适当 W max .ω M max ≤ 增加串联段数， B 2 Qn 使适用容量范围 （ 注 ： Wmax — 电 比①增大 容器耐爆能量； ω —工频角频率； B—过电压倍数 适合于中小容量电 容器组。因为并联 台数受耐爆能量限 制：
等段 单星形 图 A.2.1 等段相电压差动保护接线 M—电容器组并联台数； N—电容器组串联段数； 相电压 差动保护
△U—差压。
不等段单 星形 图 A.2.2 不等段相电压差动保护接线 M—电容器组并联台数； N1、N2—不等的电容器串联段数； N—电容器组总串联段数；
△U—差压。
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等臂桥式 图 A.3.1 等臂桥式差电流保护接线 M—电容器组每桥臂并联台数； N—电容器组串联段数；
1. 由于放电线圈 1. 若三相、两臂 1. 若 同 相 4 1. 可 识 别 缺 相 运 只与部分串联 电容量均衡， 个桥臂电 行； 容 量 均 段的电容器并 则保护不受外 2. 只 有 三 相 电 容 接，变比减 界影响； 衡，保护 器发生对称性 小，保护动作 2. 保 护 灵 敏 度 不受外界 故障保护会拒 高； 信号增大，灵 因 素 影 动，这种概率 3. 如同相两臂发 敏度提高； 响； 很小； 2. 保护起始不平 生对称性故障 2. 保 护 灵 敏 3. 三 相 放 电 线 圈 衡电压除了受 度 比 ③ 保护拒动； 性能差异和电 放电线圈性能 4. 保护用电流互 高，保护 网三相电源不 感器是绝缘薄 影响以外，其 动作信号 平衡都会产生 他外界因素影 弱环节，需要 值几近大 1 保护起始不平 倍； 加强绝缘和尽 响很小； 衡电压；将对 3. 同相发生对称 可 能 选 高 变 3. 如 同 相 发 保护灵敏度产 故障保护拒 生对称性 比。 生影响； 动； 故障保护 4. 由 于 放 电 线 圈 4. 串联段增多保 拒动； 变比大，保护 4. 保 护 用 电 护灵敏度显著 动作信号小， 流互感器 降低，使适用 对 于 多 串 联 范围受到限 需加强绝 段，保护难与 缘和尽可 制。 电容器内熔丝 能选高变 保护配合。 比。
27.55 24.13 43.89 20.04 12.99 12.56
-8-
1800~48096 1800~56112 1800~60120 1800~64128
2906.9 3379.3 4040.6 4233.0
54.19 46.61 53.86 51.42
33.46 42.76 35.76 38.68
△I—差流。
桥式差 电流保护
不等臂 桥 式 图 A.3.2 不等臂桥式差电流保护接线 M1、M2—电容器组各桥臂并联台数； N—电容器组串联段数；
△I—差流
不等段 桥式 图 A.3.3 不等段桥式差电流保护接线 M—电容器组每桥臂并联台数； N1、N2—不等的电容器串联段数；
△I—差流
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等臂 双星形 图 A.4.1 等臂双星形中性点不平衡电流保护接线 M—电容器组每臂并联台数； 中性点 不平衡 电流保护 N—电容器组串联段数； I0—中性点不平衡电流。
-1-
1.2
接线与保护组合方式 由于可调容集合式电容器的出现，产生了采用（等臂或不等臂）双星形开
口三角电压保护方式，由于单台电容器组合某一预期容量的电容器组，或者为 了提高保护灵敏度，而产生不等臂或不等段的接线方式。不同接线与保护组合 方式如表 1-1 所示。 表 1-1 保护类型 接线方式 电容器组接线与保护组合方式汇总 保护原理接线图
高压并联电容器故障保护分析研究
王敏
赵启承
杨昌兴
高压并联电容器故障保护分析研究
摘要：本文针对国内存在不同容量的高压并联电容器星形接法的多种保护结线方式的现 状，深入分析和比较不同保护结线方式下的保护灵敏度，并给出计算公式。同时，汇总高 压并联电容器装置多年来频繁出现的故障情况，对熔断器、放电线圈和串联电抗器等设备 的性能与保护配合等提出意见。 关键词：电容器 故障 保护
300~900 300~1800 300~3000 300~4008 300~5100 300~6012 300~7014 300~7800 300~8400 300~9600
190.73 693.09 2744.39 3856.99 7015.69 8884.09 9170.09 9834.59 13237.39 13467.79
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适合于大容量电 容器组，当串联 段为 2 段以上 时，双星形比① 适用容量可增大： （2N-1）/N 倍 (N —串联段数且 仅计可增加的总 并联台数 ) ；如计 及保护灵敏度高 可增大 N ，则适
B=1.1； Qn—单台电容器容 量，而串联段数量 受保护灵敏度限 制。
用容量再相应扩 大。
安全 可靠 性
不等臂 双星形 图 A.4.2 不等臂双星形中性点不平衡电流保护接线 M1、M2—电容器组各臂并联台数； N—电容器组串联段数； I0—中性点不平衡电流。 1.3 不同接线与保护方式比较 鉴于可调容集合式电容器接线方式的特殊性，其内部装设 2 组等容量或不 等容量的集合式电容器（中性点已相连） ，在外部共用 1 组放电线圈，只能采用 最简单的开口三角电压保护（或单星形或双星形，按外部连接方式而定） ，别无 选择。为了合理选择电容器组接线与保护方式，有必要对 4 种类型接线与保护 方案的优缺点进行分析比较，当然，优缺点都是相对而言。因此，并联电容器 装置的工程设计选择是对技术上可选择几种方式进行技术经济比较后，择优选 用。 现就结构与布置、适合范围和安全可靠性等方面所作的对比内容列在表 1-2。
○ 前言 高压并联电容器和并联电容器组（以下简称电容器与电容器组）故障保护 的设计配置与运行整定，是关系到能否确保并联电容器装置及其相连电网安全 运行的重要问题。因此，有必要对其现状与问题（包括对现行的国标、行标的 疑议之处）进行深入的分析研究，并提出改进措施。 立项以来，通过调研收资、理论研究和试验分析，在电容器组接线与保护 方式选择、不平衡保护配合整定计算、外熔丝功能与性能，以及若干值得关注 的问题等方面所取得了一定的进展与收获，本文逐一阐述，以供并联电容器装 置设计与运行参考。 1 1.1 电容器组接线与保护方式选择 概述 《GB50227-95 并联电容器装置设计规范》[1]中第 4.1.2.1 条款的“条文说 明”中指出： “单星形接线与双星形接线比较，前者具有接线简单，布置清晰， 串联电抗器接在中性点侧只需一台，没有发生对称故障（双星形的同相两臂发 生相同的故障，如同时发生一台电容器极间击穿）的可能。因此，本条第 1 款 规定的实质是电容器组接线要先考虑采用单星形接线，其次再考虑采用双星形 接线。 ”但是，该条文说明对两者的适用范围未作界定，况且单星形接线尚有开 口三角电压保护、相电压差动保护和桥式差电流保护可选用。因此，不能一概 而论单星形比双星开接线简单，而决定接线与保护组合方式的选序。 下文列举各种接线与保护的组合方式，比较各组合方式的优缺点，统计分 析接线方式工程实用选序，提出设计选择建议。
98.10 81.90 84.16 82.70 76.89 74.40 75.13 74.40 59.49 58.76 54.24
1.90 18.10 14.09 15.10 21.91 24.65 23.88 24.69 36.64 37.44 42.32 1.75 2.20 1.20 0.95 0.92 0.85 3.76 3.70 3.34 0.07 0.06 0.11 0.10 0.10
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Hale Waihona Puke 表 1-2 方式 编号 保护 类型
不同接线与保护方式比较 ① ② ③ 中性点不平衡电 流保护 ④ 桥式差电流保 护 1. 接 线 和 布 置 最 复 杂； 2. 要 求 每 相、每相 同侧的两 臂，以及 各串联段 之间电容 量均衡， 工作量最 大； 3. 要 求 每 相 装设保护 用电流互 感器和继 电器； 4. 35kV 及以 上电容器 组每相同 侧的两个 桥臂电容 器可在同 一绝缘平 台 上 安 装。 适用于特大容 量电容器组。 由于保护灵敏 度提高和桥臂 增加，当每个 桥臂的串联段 数与双星形一 臂相同时，其 总容量为③的 两倍。
10
3728
三角电压保 护
69.88%
单星形相电
28.00%
双星形中性 点不平衡电 流保护
开口三角电压保护
相电压差动保护
结构 与布 置
1. 接 线 简 单 ， 布 置清晰； 2. 电 容 器 组 必 须 配置放电线圈 用于保护，故 电容器组容量 受放电线圈放 电容量制约； 3. 只 需 相 间 和 串 联段之间电容 量均衡； 4. 35kV 及以上电 容器组，每相 电容器可在同 一绝缘平台上 安装。
1. 接 线 尚 属 简 单，但比①复 杂。 2. 电容器组必须 有中间抽头的 三套管放电线 圈，前者容量 受其容量制 约； 3. 只需相间和串 联段之间电容 量均衡； 4. 35kV 及 以 上 电容器组，每 相电容器组可 在同一绝缘平 台安装； 5. 要求每相装设 保护继电器。
1. 接 线 相 对 复 杂； 2. 串联电抗器若 装设在中性点 侧需数量加倍 容量减半； 3. 要求每相，每 臂和各串联段 之间电容量均 衡； 4. 35kV 及 以 上 电容器组每相 的两臂电容器 须分别安装在 不同的绝缘平 台上。
12.35 10.62 10.37 9.90
表 1-5 装置电