电容器保护介绍

高压无功自动补偿设备电容器保护济南迪生电子孙士民一、引言随着绝缘材料技术的发展和电容器制造工艺的提高，目前电容器在额定电压下长期运行，故障率已降的很低。

但是，如果电容器频繁投切却容易发生击穿故障，特别是当投切开关出现重燃时，故障或事故就很有可能发生。

一旦发生击穿故障，就有可能引起电容器爆炸着火的事故。

根据若干例故障电容器的解刨剖情况来看，电容器发生故障的开始大多是内部某一个单元串段发生击穿，然后剩余的某一个单元串段又发生击穿，最后故障显现或事故发生。

如何及时发现电容器的早期故障，并尽快切除故障电容器，是保证高压无功自动补偿设备安全运行、避免爆炸事故发生的根本条件。

二、电容器故障分析联而成，如10kV系统的电容器一般有4个组或5个组单元电容串联而成，额定电压就分配在几个单元电容器上（如图），某个电容器损坏时，首先是内部一个单元电容发生击穿损坏，使剩下的单元电容运行电压升高，这时电流增大很小，电容器继续运行，由于每个单元电容的运行电压提高，很快又出现某个单元电容损坏，剩下单元电容运行电压又被提高，这只电容器此时有可能已经出现鼓肚，重者出现鼓裂、漏油。

这样继续运行下去，很可能会造成这只电容器由鼓肚、鼓裂、漏油到起火爆炸。

根据实际运行经验和对多起被烧毁电容器的解体分析证明，电容器组的爆炸起火一般仅是某一只电容器爆炸起火所引起的，而某一只的爆炸起火是因电容器内部几个串联单元中有被击穿损坏的单元不能被发现继续运行造成的，虽然故障发展到起火爆炸的恶性事故，但故障的过程电流的变化依然不大，熔断器和一般的过流保护是在事故发生以后才动作，可是事故已经发生了。

三、电容器故障保护和事故保护分组电容器高压无功自动补偿装置，通常有两种连接方式：一种是把各组电容器通过断路器直接连接在变电站母线上。

另一种是各组电容器通过分组投切开关（断路器或负荷开关）连接在补偿装置的母线上，再通过总开关断路器连接在变电站母线上。

各组电容器通过断路器直接连接变电站母线的方式，适用于分组要求较少（单组或两组）的自动补偿装置，每组电容器必须加短路事故保护和电容器故障保护。

各组电容器总开关分开关小母线连接方式，适用于分组要求较多（3组以上）的自动补偿装置，总开关装设事故保护，分开关装设电容器故障保护。

电容器早期故障的发现，用常规的电流保护不容易解决，特别象熔断器保护方式，因其参数离散性较大、灵敏度较低，不宜作为电容器的故障保护，只能作为事故保护。

电容器的故障保护应根据单组电容器容量大小和电压等级（串段数量）不同选用以下保护方式：①单星相电压式零序（开口三角）微机保护。

（单组电容器容量较小时）②多星相电压式零序（开口三角）微机保护。

（单组电容器容量较大时）③单星相电压差动微机保护（电压等级高或串段数较多单组容量较小时）④多星相电压差动微机保护（电压等级高或串段数较多单组容量较大时）1、单星不平衡（开口三角）电压保护1)、选用不平衡电压保护的依据Ⅰ、每当一个电容器内部元件损坏，电容器组内的电压分布就会发生变化，这些变化的大小决定于损坏元件的数量。

Ⅱ、为杜绝事故的发生，作为故障保护的不平衡类保护必须作为电容器的主保护，以便在电容器出现内部元件故障时保护即发生动作，严防电容器带故障运行，但不平衡保护不能代替短路保护。

Ⅲ、目前，国内电容器组的连接形式基本采用星形接线，便于采用开口三角电压式的不平衡电压保护(相电压式零序保护)。

实际应用时：将放电器的一次侧与单星形接线的每相电容器并联，放电器的二次线圈接成开口三角形，在开口三角处接上已适当整定保护定值的继电保护装置即构成开口三角电压保护。

2)、保护整定原则和计算示例Ⅰ、保护整定原则当构成电容器组的任意一台电容器的任一个串段出现短路故障时，保护装置即动作，将该三相电容器组退出运行，以防止故障扩大造成事故和查找故障电容。

Ⅱ、计算示例（以10kV系统，所有电容器均为四个串段且为单星形接线，中性点不接地。

）1）每相由一台电容器构成当其它电容器完好，仅A 相电容器一个串段短路时，其电容容值变为4/3C ，C —完好单台电容的标称容值，反映到二次侧的开口电压值计算如下：C C C CU C U C U YY Y Y U Y U Y U U C B A CBACCBBAAωωωωωωJ J J J J J 3434++++++++•••••••==)34(103•••++=U U U C B A )57745.057745.0577434(103⨯-⨯-⨯= )(4.577V =一般采用10000/100的放电器，故反映到二次侧的开口电压值为5.77V ，保护定值一般取4.5V —5V ，低于一个串段完全短路时的理论开口电压值。

2）每相由二台电容器构成当其它电容器完好，仅A 相其中一台电容器的一个串段短路时，其相电容容值变为7/3C ，C —完好单台电容的标称容值，反映到二次侧的开口电压值计算如下：C C C CU C U C U YY Y Y U Y U Y U U C B A CBACCBBAA22372237J J J J J J 0ωωωωωω++++++++•••••••==)2237(193U U U C B A ++=)57745774577437(193--⨯= )(304V =一般采用10000/100的放电器，故反映到二次侧的开口电压值为3.04V ，保护定值一般取2V —2.5V ，低于一个串段完全短路时的理论开口电压值。

3）每相由三台电容器构成当其它电容器完好，仅A 相其中一台电容器的一个串段短路时，其相电容容值变为10/3C ，C —完好单台电容的标称容值，反映到二次侧的开口电压值计算如下：C C C CU C U C U YY Y Y U Y U Y U U C B A CBACCBBAA3331033310J J J J J J 0ωωωωωω++++++++•••••••==)33310(283•••++=U U U C B A )57745.157745.15774310(283⨯-⨯-⨯= )(206V =一般采用10000/100的放电器，故反映到二次侧的开口电压值为2.06V ，保护定值一般取1V —1.5V ，低于一个串段完全短路时的理论开口电压值。

4) 每相由四台电容器构成当其它电容器完好，仅A 相其中一台电容器的一个串段短路时，其相电容容值变为13/3C ，C —完好单台电容的标称容值，反映到二次侧的开口电压值计算如下：C C C CU C U C U YY Y YU Y U Y U U C B A CBACCBBAA4431344313J J J J J J 0ωωωωωω++++++++•••••••==)44313(373•••++=U U U C B A )57742577425774313(373⨯-⨯-⨯= )(156V =一般采用10000/100的放电器，故反映到二次侧的开口电压值为1.56V ，保护定值一般取0.8V —1.2V ，低于一个串段完全短路时的理论开口电压值。

2、多星不平衡（开口三角）电压保护多星不平衡（开口三角）电压保护，与单星不平衡（开口三角）电压保护原理相同，主要因为单星形接线电容器组容量较大时每相并联电容器不得超过4台，为保证保护的灵敏度不会降低，把电容器组分为多星来检测不平衡（开口三角）电压。

3、单星相电压差动保护（电压等级高或串段数较多单组容量较小时）电压等级较高或串段数较多时，不平衡（开口三角）电压保护灵敏度降低，需要采用相电压差动保护。

现以35kV电压，单组容量10000kvar为例，计算相电压差动保护定值。

假设采用单台容量为334kvar10.5kV的普通电容器，每相用10台5并后串。

假设每台电容器内部是由7个串段单元串联而成，每个串段单元容量为Ci ，一台电容器内部有1个串段单元击穿短路时，这台电容器容量由7Ci 变为6Ci=1C 6Ci +74Ci=4231Ci=2C 75Ci=1Xc 11C ⋅ω=Ci ω3142=2Xc 21C ⋅ω=Ci ω57=1U Uo Xc Xc Xc ⋅+211 =2U Uo Xc Xc Xc ⋅+212335⋅=kV UokV Uo U U U Xc Xc Xc Xc 331.0122112=⋅=-=∆+-选用10000/100的放电器，故反映到二次侧的差电压值为3.31V ，保护定值一般取2.0V —2.5V ，低于一个串段完全短路时的理论差电压值。

也可用以下公式计算差电压：Uo U n m ⋅=∆+-1)1(21其中：m 为并联路数n 为串联段数 Uo 为相电压4、多星相电压差动微机保护（电压等级高或串段数较多单组容量较大时）多星相电压差动保护，与单星相电压差动保护原理相同，主要因为单星形接线电容器组容量较大时每相并联电容器不易超过10路20台，为保证保护的灵敏度不会降低，把电容器组分为多星来检测相电压差动电压。