电容器内部故障的后备保护

( 即使是西安 ABB 公司所提出的允许 B 2 = 1 8 , 其保护动作值 U0 = 12. 6 V ) 是无法驱动不平衡保 护动作 , 除非故障继续发展 , 通常当电容器内部元 件串联 段击穿率 达到 50 % 以上时 , 保护才 能动 作。鉴此, 不平衡保护应与外熔断器采取两段制 配合配置。 为什么采用内熔丝和后备保护齐全的大容量 电容器组多有发生电容器外壳爆裂事故? 究其事 故发生与发展的原因往往是多层次的。通常先检 查是否是外界因素引起的 ? 再者检查是否是产品 自身或保护系统存在问题 ? 据对某 500 kV 变电 所爆裂的电容器解剖检查发现 , 3 个串联段中有 2 个串联段击穿短路, 内熔丝群爆。从电容器内部 元件 1 个串联段击穿短路, 发展到 2 个串联段击 穿短路 , 直到外壳爆裂 , 在事故发展的过程中内熔 丝、 不平衡保护、 连同外熔断器均未能阻止爆裂事 故 , 本文暂不论内熔丝为什么失效 ? 亦不论电容 器内部元件过电压能力 ( 允许过电压倍数与耐受 时间 ) 和外壳耐爆能量如何? 单论如何确保不平 衡保护在第 1 串发生击穿短路时就应可靠动作切 除电容器组。 以下就如何充分与可靠发挥不平衡保护的后 备保护作用 , 进行分析研究 : 1) 不平衡保护采取两段制配合整定 上文已对采用 外熔断器为主 保护的电 容器 组 , 不平衡保护采用两段制配合配置的必要性作 了阐述。对于采用继电保护者, 两段保护需各自 设置保护用电压或电流继电器和时间继电器; 对 于采用微机保护者, 则只需设置程序。不平衡保 护第一段按与外熔断器常规的配合整定, 动作时 间按 0 . 1 s~ 0 . 2 s设置。第二段按无内外熔丝保 护时整定; 或者由电容器内部元件串联段数 n、 击 穿短路段数 d, 估算剩余元件 ( 串联段 ) 过电压倍 数 B 和串联段击穿率 : B= n n- d d n ( 4) ( 5)
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GB /T 11024 . 4- 2001 附录 B 的 ! 保护顺序 ∀中 所指的 ! 第二级保护是电容器组的继电保护 ( 例 如过电流或不平衡保护 ) ∀。
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的第 6 . 1 . 1 条款对此统而概之为 : ! 电容 器故障 保护方式应根据各地的实践经验配置 ∀。归纳现 有电容器内部故障主保护 ( 亦称第一级保护 ) 有 如下方式: # 外部熔断器 ( 简称 外熔断器 ) ; ∃ 内 部熔丝 ( 简称内熔丝 ); % 不平衡保护 ( 不采用外 熔断器和内熔丝保护的电容器组, 如箱式电容器、 电容器单元内部元件先串后并 ); &外熔 断器加 不平衡保护 ( 后者按电容器内部元件串联段击穿 50% 整定, 而不按与前者配合整定, 此方式华北电 力系统应用较多 )。作为电容器内部故障的后备 保护, 亦即国标 GB /T 11024 . 1- 2001 附录 C 和
注 : # 式 ( 8 )、( 9 )中 M ( 每臂 ( 或每桥臂 ) 电容器并联台数 ; Ice ( 单台电容器额定电流 , A; N I ( 保护用电流互感器 变比 ; K lm ( 保护灵敏系数取 1. 1~ 1. 2[ 式 ( 7) 中 K lm取值同此 ] 。 ∃ 其他符号含义同上文。
保护第二段动作时间应与外熔断器动作时间 配合, 一般取 60 s左右。 2) 不平衡保护的灵敏 度是靠电容均 衡来保 证 不平衡保护是建立在主电路正常状态下电气 参数均衡的基础上, 尤其电容参数占主导地位 , 电 容搭配均衡程度是影响保护灵敏度和可靠性的最 主要因素, 通常认为 , ! 中性点不平衡电流保护不 受网络 不 平 衡 的 影 响, 并 且 对 谐 波 特 别 不 敏 感 ∀ , 其前提应是电容均衡。文献 [ 3] 对影响保 护灵敏度的各种因素作了全面分析 , 其中指出即
V o. l 29 N o . 3 Jun. 2008
接线与保护方式 单星形开口三角电压保护 单星形相电压 差动保护 单星形桥式差 电流保护 双星形中性点不平衡电流保护
不平衡保护第二段整定算式 3N ( B- 1) U ce Nv K lm [ 3N ( M - 1) + 2] 3N ( B- 1) U ce U dz = Nv K lm [ 3N ( M - 1) + 2] 3M ( B - 1) Ice Idz = N IK lm [ 3N (M - 1) + 4] 3M ( B - 1) Ice Idz = N IK lm [ 6N (M - 1) + 5] U dz = ( 6) ( 7) ( 8) ( 9)
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不平 衡保 护作 为后 备保 护或主 保护 , 文 献 [ 1] 有明确规定的整定原则 : ! 采用外熔丝 ( 注: 即 本文所称的外熔断器 ) 保护的电容器组 , 其不平 衡保护应按单台电容器过电压允许值整定。采用 内熔丝保护和无熔丝保护的电容器组 , 其不平衡 保护应按电容器内部元件过 电压允许值整定。 ∀ 不平衡保护是在外熔断器有效地切除故障电容器 台数超过允许的台数或者内熔丝有效地切除故障 元件数超过允许的元件数 ( 按上述整定原则 ) 时, 才动作撤除电容器组 , 避免故障继续发展扩大 , 起 到后备保护作用。本文着重研讨当主保护失效之 后 , 如何充分发挥不平衡保护的后备保护作用 , 提 高过流保护能力 , 适时切除发生故障的电容器组。 1 不平衡保护作用应充分发挥 无论是外熔断器 , 还是内熔丝作为主保护 , 都 ∋ 45∋
= 通常 值。
不超过 0 . 5 , 即 B 不超过 2 倍。然后
再由表 1 所列算式计算 不平衡保护第二 段整定
第 29 卷 第 3 期 2008 年 6 月
电力电容器与无功补偿 Powe r C apac ito r& R eactive Powe r Copm ensation 表 1 无内外熔丝电 容器组不平衡保护第二段整定算式
第 29 卷 第 3 期 2008 年 6 月
电力电容器与无功补偿 Powe r C apac ito r& R eactive Powe ro . 3 Jun. 2008
电容器内部故障的后备保护
王 敏 , 杨昌兴 , 赵启承
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(1 . 浙江省电力公司, 杭州 310007; 2 . 苏杭电气科学研究所, 江苏 吴江 215228 ; 3 . 浙江省电力试验研究院 , 杭州 310014) 摘 要 : 通过对电容器内部故障主保护失效后的故障状态, 及其对后备保护的需求的研讨, 分 别提出 : 不平衡保护采取二段制配合整定配置 ; 按电容器串联段数相应要求电容均衡程度; 以 及尽可能降低过电流保护定值等措施 , 以期充分发挥后备保护的作用。 关键词 : 电容器; 内部故障; 主保护; 后备保护 中图分类号 : TM 531 . 4 文献标识码 : B 文章编号 : 1674 1757( 2008) 05 0045 05 Backup Protection for the In ternal Fau lt of C apacitor WANG M in , YANG Chang x ing , ZHAO Q i cheng (1 . Zhe jiang E lectric Pow er Corpo ration , H angzhou 310007 ; 2 . Suhang E lectric Science Inst itute , W ujiang 215228 ;3 . Zhe jiang Prov in cial E lectric Power T est ing Research Institute , H angzhou 310014 , China) Abstract : T hrough analyzing the fault states a fter the m ain interna l fau lt protect io n out of wo rk and the need for th e backup protect io n , this paper proposes the fo llow ing m easures to m ake the backup pro tect io n w orking properly: tw o sect io ns coordinat io n setting fo r unba lance protection ; li m it ing the ba la nce rate of the capacito rs accordin g to the nu m ber o f the capacito r bank sect io ns; setting the o ver current pro tectio n to a possib le low er va lu e , etc . K eyw ord s : Capac itor ; In ternal fau l; t M a in protection ; Backup protection 0 引言 鉴于不同产品, 不同地域对电容器内部故障 保护方式的选择、 应用和认知不尽相同, 故在国标 GB 50227- 1995 并联电容器装置设计规范
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无内外熔丝保护时整定值 : 3 N (B 2 - 1 )U ce Udz 3 = N vK lm [ 3 N (M - 1) + 2 ] 式 ( 1 )、 ( 2 )、 ( 3) 中: N ( 电容器组串联段数 ; B 1 ( 单台电容器过电压倍数允许值 , 取 1 . 1 ; U ce ( 单台电容器额定电压 ; N v ( 放电线圈变比; K lm ( 保护灵敏系数, 取 1 . 2~ 1 . 3 ; M ( 电容器组并联台数 ; B 2 ( 电容器内部元件过电压倍数允许值, 由 生产厂家提供; n ( 电容器内部元件串联段数。 今取 N = 1 、 Uce = 11 / 3 kV、 N v = 110 、 K lm = 1 2 、 M = 4 、 n= 4 、 B2 = 1 . 2 为例 , 可 求得: Udz1 = 14. 4 V、 Udz2 = 0 . 78 V、 Ud z3 = 2 . 6 V。可见 Udz 1 Udz 3 > Udz2。其结果表 明: 当内熔丝 保护失效 时, 不平衡保护可以起到保护作用 ; 当外熔断器保护 失效时 , 在电容器内部元件过电压允许值范围内 ∋ 46∋ ( 3)