单三角形接线电容器组的保护
电容器组的接线及保护
电容器组的接线及保护作者：尹春燕来源：《中国科技纵横》2014年第15期【摘要】电容器组是110kV变电站的主要电气设备之一，电容器组的使用对维持系统电压的稳定有着十分重要的意义。
本文结合所在操作班管辖的110kV变电所内各种类型的电容器组在接线方式及其对应的保护配置上的不同，进行简要介绍和总结。
【关键词】电容器组保护配置防误联锁注意事项常见故障运行维护在电网中，影响系统电压质量的主要因素是无功功率，无功功率的不足会影响系统电压以及功率因数，严重时甚至会造成电压崩溃，使系统瓦解，并会导致损坏电气设备。
因此，电网运行需要配置无功补偿设备即电容器组。
而电容器组就是一种常见的无功功率补偿设备，基本上每个110kV变电站都配置有电容器组。
1 电容器组的接线方式在110kV变电站中电容器组的接线方式主要有两种，一种是单星形接线，另一种是双星形接线。
这两种接线方式仅在安装方式及保护配置上有所区别。
（1）单星形接线方式。
单星形接线方式目前应用比较广泛，应用这种配置的110kV变电站比较常见，在采用单星形接线方式的110kV变电站中，电容器组的组成也不尽相同。
（2）双星形接线方式。
双星形接线方式在110kV变电站现场采用较多的另外一种接线方式。
与单星形接线方式不同，采用双星形接线方式的电容器组一般由两组相同容量的电容器组并联而成，在两组电容器组的中性点的连接线上安装一个零序电流互感器。
2 并联电容器组的保护配置110kV变电站电容器保护一般包括限时速断、定时过流、低电压、过电压、不平衡电流（或不平衡电压、开口3U0保护）。
（1）限时速断保护按3-5Ie（Ie指电容器额定电流）整定，动作于跳闸并给出中央信号，时间用0.2s左右。
（2）过流保护按1.5-2Ie整定，动作于跳闸并给出中央信号，时间用0.5s左右。
（3）低电压保护：在所接母线失压后可靠动作于跳闸并给出中央信号，一般整定50%Ue 左右，时间与出线后备保护配合，并与上级线路重合闸时间配合。
三角形接线的电容器
三角形接线的电容器，当一相击穿时，系统供给的短路电流较大，尽管此时熔断器可以迅速熔断，但过大的短路电流即使是短时的流过电容器，也会使其中的浸渍剂受热膨胀，迅速气化，极易引起爆炸。
特别当不同相的电容器同时发生对地击穿时，如图1 所示，熔断器即使断开，故障也不易切除，必将一起事故的扩大。
因此，从上述方面考虑，目前多采用星形接线。
图1 三角形接线短路时的情况
如把电容器改为星形，当任一台电容器发生极板击穿短路时，短路电流都不会超过电容器组额定电流的3倍。
例如图2中，A相电容器击穿短路时，B、C两相电容器所承受的电压
从原来的相电压升高为线电压，即升高到3倍。
这两相电容器所流过的电流变为额定电流的3倍。
由于故障相(A相)电容器流过的电流为B、C两相电容电流的相量和，因此故障相电流为额定电流的3倍。
图2 星形接线时一相电容器击穿短路
电容器组按星形接线时出现多点接地的情况。
如图3，对于D2、D3 两点，由于其对地电位较低，一般不会发生对地绝缘击穿。
当发生D1、D4两点同时接地，短路电流较大，但这个电流没有通过电容器内部，因此不易引起电容器爆炸。
只要熔断器可靠动作，故障点就能顺利切除。
图3 星形接线时两相电容同时发生接地。
2020年注册电气工程师(供配电)《专业知识考试(下)》真题及详解
2020年注册电气工程师（供配电）《专业知识考试（下）》真题及详解一、单项选择题（共40题，每题1分。
每题的备选项中只有1个最符合题意）1．共220/380V 配电系统总进线箱采用Ⅰ级实验SPD ，I imp ＝50kA 连接SPD 的钢导体最小截面应为（ ）。
A ．16mm 2B ．10mm 2C ．6mm 2D ．4mm 2答案：B解析：根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）第5.1.2条规定，防雷等电位连接各连接部件的最小截面，应符合表5.1.2的规定。
连接单台或多台Ⅰ级分类试验或D1类电涌保护器的单根导体的最小截面，尚应按下式计算：2min50 6.25mm 88impI S ≥== 因此，最小截面应取10mm 2。
2．某山区土壤电阻率为1000～1200Ω·m ，有架空地线的35kV 线路金属杆塔的工频接地电阻最大值及接地极埋深度最小值宜为（ ）。
A ．10Ω，0.5mB ．10Ω，0.6mC ．25Ω，0.5mD ．25Ω，0.6m答案：C解析：根据《交流电气装置的接地设计》（GB/T 50065—2011）第5.1.3条规定，有地线的线路杆塔的工频接地电阻，不宜超过表5.1.3（见题2解表）的规定。
由表可知，工频接地电阻最大值及接地极埋深度最小值宜为25Ω。
第5.1.5条第3款规定，在土壤电阻率300Ω·m ＜ρ≤2000Ω·m 的地区，可采用水平敷设的接地装置，接地极埋设深度不宜小于0.5m 。
题2解表 有地线的线路杆塔的工频接地电阻3．某丁类单层工业厂房，年预计雷击次数为0.06次/a ，爆炸危险分区为2区的车间靠近外墙，面积不超过厂房总面积的15%其余为普通车间，下列说法正确的是（ ）。
A ．该厂房为二类防雷建筑，应按照二类防雷建筑采取防雷措施B ．该厂房为三类防雷建筑，应按照三类防雷建筑采取防雷措施C ．该厂房内2区车间和其他部分宜按各自类别采取防雷措施D ．以上都不对答案：B解析：根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057—2010）第4.5.1条规定，2区面积小于30%按三类防雷建筑；第3.0.4条规定，在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第三类防雷建筑物：省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。
电容器组安全操作规程
电容器组安全操作规程电容器组是一种常见的电力设备，其主要作用是储存电能，调节电压，平衡负载等功能。
在使用电容器组的过程中，必须严格遵守安全操作规程，以确保人身安全和设备正常运行。
本文将介绍电容器组的安全操作规程。
一、电容器组的基本知识：1. 电容器组是一种具有储能功能的电力设备，常用于电网的电压调节和无功补偿。
2. 电容器组由多个电容器组成，一般是以星形或三角形方式连接在一起。
3. 电容器组需要排除空气中的杂质和水分，通常需要设置一个干燥器来满足这一要求。
二、电容器组的安全操作规程：1. 装置过程：（1）检查电容器组的配电系统是否符合要求，包括电缆的电压等级、电缆截面等。
（2）检查电容器组的接线是否正确，确保接线紧固可靠，接点良好。
（3）检查电容器组的接地是否符合要求，确保电容器组的接地电阻不超过规定值。
（4）检查电容器的型号、参数等是否与实际场合相符合。
2. 联机运行：（1）先对电容器组进行预充电，保证电容器组能够稳定运行。
（2）联机运行时，需严格控制电容器组的电压和电流，以免造成电容器组损坏或事故。
（3）定期检查电容器组的运行状态，包括运行温度、电压和电流等指标。
（4）定期对电容器组进行维护保养，清洁电容器表面、及时更换老化或损坏的电容器。
3. 维护保养：（1）在每次停机时，需关闭电容器组的开关，并进行检查。
（2）定期对电容器组进行除尘和除湿，确保电容器组内部无杂质和水分。
（3）对电容器组进行定期检修，包括检查接线、接地、电容器损坏等，发现问题及时处理。
（4）注意电容器组的安全防护措施，确保人员不触碰电容器组，也不接近裸露的高压线。
三、电容器组的安全注意事项：1. 电容器组所在的场所应保持干燥、通风和清洁，避免进水、过高温度和潮湿。
2. 在操作电容器组时，必须全程监测电容器组的电压、电流和温度等参数，以及随时注意异常情况。
3. 对于新安装的电容器组，在联机前需进行全面检查和预充电，确保前期无故障后再启动电容器组。
电容器组电抗器的接线方式与滤波
电容器的接线通常分为三角形和星形两种方式。
此外，还有双三角形和双星形之分。
三角形接线的电容器直接承受线间电压，任何一台电容器因故障被击穿时，就形成两相短路，故障电流很大，如果故障不能迅速切除，故障电流和电弧将使绝缘介质分解产生气体，使油箱爆炸，并波及邻近的电容器。
因此这种接线已经很少在10kV系统中使用，只是在380V配电系统中有少量使用。
在高压电力网中，星形接线的电容器组目前在国内外得到广泛应用。
星形接线电容器的极间电压是电网的相电压，绝缘承受的电压较低，电容器的制造设计可以选择较低的工作场强。
当电容器组中有一台电容器因故障击穿短路时，由于其余两健全相的阻抗限制，故障电流将减小到一定范围，并使故障影响减轻。
星形接线的电容器组结构比较简单、清晰，建设费用经济，当应用到更高电压等级时，这种接线更为有利。
星形接线的最大优点是可以选择多种保护方式。
少数电容器故障击穿短路后，单台的保护熔丝可以将故障电容器迅速切除，不致造成电容器爆炸。
由于上述优点，各电压等级的高压电容器组现已普遍采用星形接线。
高压电力系统的电容器组除广泛采用星形接线外，双星形接线也在国内外得到广泛应用。
所谓双星形接线，是将电容器平均分为两个电容相等或相近的星形接线电容器组，并联到电网母线，两组电容器的中性点之间经过一台低变比的电流互感器连接起来。
这种接线可以利用其中性点连接的电流保护装置，当电容器故障击穿切除后，会产生不平衡电流，使保护装置动作将电源断开，这种保护方式简单有效，不受系统电压不平衡或接地故障的影响。
大容量的电容器组，如单台容量较小，每相并联台数较多者可以选择双星形接线。
如电压等级较高，每相串联段数较多，为简化结构布局，宜采用单星形接线。
电容器一次侧接有串联电抗器和并联放电线圈。
放电线圈的作用是将断开电源后的电容器上的电荷迅速、可靠地释放掉。
由于电容器组需要经常进行投入、切除操作，其间隔可能很短，电容器组断开电源后，其电极间储存有大量电荷，不能自行很快消失，在短时间内，其极间有很高的直流电压，待再次合闸送电时，造成电压叠加，将会产生很高的过电压，危及电容器和系统的安全运行。
浅谈电容器补偿装置之熔断器保护
浅谈电容器补偿装置之熔断器保护摘要：熔断器是电容器补偿装置中的重要元件，当发生电容器内部短路故障时，如果不能断弧，将对其本身及电容器的安全运行带来严重威胁。
因此，为了使熔断器能够更好地发挥其功效，必须对熔丝及其装设的方式进行合理选择。
关键词：电容器补偿装置熔断器问题装设前言：熔断器是电容器补偿装置中的重要元件，当发生电容器内部短路故障时，它将切除故障电容器，以使其它健全电容器免受损坏，维持电容器组的正常运行，保持电网的正常供电。
如果熔断器不能断弧，则形成本身的损坏，还可能产生其他危害，从而失去熔断保护的作用。
快速而准确的断开故障电容器是装设熔断器的目的，合理的装设方式和选择性能优良的熔丝是充分发挥其作用，体现其独特优点的关键。
1.电容器熔丝保护存在的问题在过去的熔丝保护中，由于我国电容器制造业未提供破裂曲线，而熔丝也未能展示出比较满意的特性，以及运行单位不合理的装设和选择熔丝，电容器的熔丝保护一直存在着问题。
在以往的运行中，出现箱壳破裂熔断器本身烧裂的已经很多，影响了配电网络的正常运行，有的还产生过严重的设备事故。
给出准确的破裂曲线和给出熔丝安秒特性及提高熔断性能是制造业应该实现的问题。
作为用户主要是如何选择熔丝和合理的安装方式，以尽力取得较好的保护效果。
电容器中的故障通常为绝缘损坏引起的短路。
有的较快者，向大范围短路和全击穿方向迅速发展，其故障时间相对较短。
有的较慢者，首先产生箱壳膨胀，油面下降，使串联元件组的引出端子露出油面，在无油间隙中端子间的放电或者芯子上部露出油面后，绝缘能力降低而层间击穿，并进一步扩展为元件的击穿，在此以后便会快速的向多元件和全击穿方向发展。
2.电容器熔丝的装设电容器熔丝的装设，应该考虑所有的故障情况，要确保在大短路电流或小短路电流故障下，都能可靠的动作。
由于补偿装置的装设地点、装设方式、接线不同，出现故障的特点也有所不同，因此，要分别考虑熔丝的配置。
2.1 线路结点电容器组这种装设方式由于装置容量较小，每相由一只或至多二只组成，且由于安装上的原因，通常考虑采用电容器组的保护方式，在每组上设跌落式熔断器，一般每只不再装设熔丝。
高低压电容补偿装置无功补偿技术协议
技术协议供方：需方：2018年7月、高压无功自动补偿装置1、产品遵循的主要标准GB50227-95《并联电容器装置设计规范》SD205-87《高压并联电容器技术条件》DL492.9-91《电力系统油质试验方法绝缘油介电强度测定法》DL462-92《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》DL/T653-1998《高压并联电容器用放电线圈订货技术条件》JB7111-93《高压并联电容器装置》GB11032-89《交流无间隙金属氧化锌避雷器》GB10229-88《电抗器》GB50150《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB/T5882《高压电力设备外绝缘污秽等级》GB3983.2《高压并联电容器》GB311.1-97《高压输变电设备的绝缘配合》GB/T16927《高电压试验技术》GB763《交流高压电器在长期工作时的发热》GB11025《并联电容器用内熔丝和内部压力隔离器》DL442《高压并联电容器单台保护用熔断器定货技术条件》DL/T604《高压并联电容器成套装置定货技术条件》JB/T8970《高压并联电容器用放电线圈》GB/T11024.1-2001《高压并联电容器耐久性试验》GB50062-92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》2、设备主要技术性能参数2.1环境条件2.1.1安装地点：户内2.1.2安装形式：柜式2.1.3海拔：<1000米2.1.4环境温度：一25°C/+55°C最大日温差：25K2.1.5环境湿度：月平均相对湿度（25C）不大于95%日平均相对湿度（25C）不大于95%2.1.6耐受地震能力：地震烈度：W8度地面水平加速度：2.5m/s2地面垂直加速度：1.25m/s22.1.7污秽等级：III级泄露比距不小于25mm/Kv（相对与系统最高电压）2.1.8安装环境无有害气体和蒸汽，无导电或爆炸性尘埃，无剧烈震动。
2.2系统运行条件2.2.1额定电压：10KV2.2.2最高运行电压：12KV2.2.3额定频率：50HZ2.2.4谐波情况：电抗率6%，能抑制五次及以上谐波2.2.5电容器组接线方式：单星形开口三角形电压保护2.2.6进线方式：电缆下进线2.3设备名称及型号：2.3.1设备名称：高压无功自动补偿装置2.3.2设备型号：GGZB10-1800（300+600+900）AK2.3.3设备数量：1套3、设备要求：装置补偿总容量为1800kvar,分三组自动投切，每组投切容量分别为300Kvar、600Kvar、900Kvar。
电容器保护
不平衡电流指3相的电流不相等保护，一般3相电流都是不等的在允许的范围内就行了。
零序电流是测接地故障的，3相4线的电力系统发生接地就会产生零序电流。
过电压元件电压取自母线PT。
为避免在母线单相接地时过电压保护误动，电压采用线电压: 低电压保护电压取自母线PT电容器保护4.1. 两段式相间过电流元件保护电容器组与断路器之间的引线、绝缘子、套管间的相间短路故障，同时也可作为电容器内部故障的后备保护。
电容器组回路一般不装设电流速断保护，因为速断保护要考虑躲过电容器组合闸冲击电流及对外放电电流的影响，其保护范围和效果不能充分利用。
4.2. 过电压保护原理及功能由于系统负荷变化等原因，系统电压也经常变化。
电容器输出的无功功率和内部有功功率损耗与两端电压的平方成正比，即Qc=ωCU2 P=ωCU2tgδ。
当运行电压过高时，箱壳内的有功损失增加的很快，使电容器内部产生的热量超过电容器冷却作用所能散到周围空气中的热量时，热平衡就被破坏，温度升高，游离增大，使介质老化，寿命降低。
除造成电容器外壳膨胀外，由于热击穿发展，造成局部地方击穿，易引起电容器爆炸。
故电容器需装设较完善的工频过电压保护，确保电容器在不超过最高允许电压下和规定的时间范围内运行。
国家标准规定，电容器允许的工频过电压最大持续时间为：在1.1倍额定电压下，可长期运行；在1.15倍额定电压时，每24小时可运行30min；在1.2倍额定电压时，为5min；在1.3倍额定电压时，为1min。
为保证瞬时出现过电压后，过电压元件能可靠返回，过电压元件宜有较高的返回系数，可取0.95(>0.98)。
过电压元件电压取自母线PT。
为避免在母线单相接地时过电压保护误动，电压采用线电压。
由于电压取自母线PT，为防止电容器未投入运行时，母线电压过高误切电容器，过电压元件中加有断路器合位判据。
4.3. 低电压保护原理及功能从电容器本身特点看，运行中的电容器如果突然失去电压，对电容器本身并无损害。
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本文要点：在集中补偿的电容器组的各种接线中，单三角形接线居多数，为提高安全运行水平，研究这种接线方式的保护，具有普遍的意义。
本文阐明：
1、RN1型熔丝单台保护灵敏度底，不能可靠的防止电容器爆破及由此引起的火灾。
2、过电流保护作为电容器组外部相间短路保护，但仍不能防止电容器爆破及火灾。
3、零序保护作单台内部保护，其灵敏度和速动性比较理想，可作为主保护。
4、失压保护同过压保护一样重要，忽视失压保护，有可能引起群爆。
因此，单三角形接线的电容器组，采用上述五种保护，可有效地防止电容爆破及由此引起的火灾，提高安全运行水平。
一、RN1型熔丝单台保护及存在的问题：
1、RN1型熔丝作电容器内部保护，目前使用比较普遍。
单台保护按电容器额定电流的1.5-2.5倍选择熔丝.现场使用中，RN1型熔丝一般能反映出电容器内部故障，但仍发生爆破事故，甚至引起火灾.这说明无论从理论计算，或运行实践验证, RN1熔丝灵敏度低.对近年
来所生产的YW10.5—— ——1三种电容器，用RN1型熔丝单台保护，保护效果计算，仍说明这个问题.表1是根据RN1——10/3A—5A熔丝50秒熔断电流值，使用公式
计算得出的结果
从表1看出,上述三种电容器,当内部元件击穿83—85 % ,熔丝50秒钟才熔断,速动性很差,灵敏度低,将导致电容器爆破.
从电压角度分析可进一步看清这个问题.YW10.5型电容器有十二个串联元件,当击穿系数λ为83 % 时,10个元件击穿,剩余2个元件工作.每个元件的额定电压为0.875KV,两个元
件为1.75KV.此时,剩余2个元件承受的网络电压为10KV,约为其额定电压的6倍.在6倍于额定电压作用下,这两个元件将很快击穿.加之,此时已击穿元件对工作元件放电,瞬间释放能量很大.在强电场作用下,绝缘油将迅速分解产生大量气体,气体压力剧增,外壳承受不了高压气体的压力作用,在这瞬间熔丝来不及熔断,故障电容器发展为相同短路而爆破.
南阳地区某变电站，采用RN1——10/3A熔丝保护YY10.5-12-1电容器，有2台电空器爆破后检查熔丝熔断。
实例说明RN型熔丝的速动性差灵敏度低不能可靠防止爆破.但有7台由于内部元件击穿 而鼓肚，熔丝熔断，说明运行效果比较满意。
因此，单台熔丝保护是必要的，但不能作为防止爆破的主保护。
二、过电流保护：
过电流保护,作为电容器组外部相间短路保护。
其保护范围在电缆终端盒 至放电PT柜引接母线间，以及电容器相与相之间。
过电流保护的整定值
式中：Idz——继电器动作值，安。
ICN——电容器组额定线电流，安。
KK——可靠系数，取2.0~2.5.
Kjl——接线系数，继电器全星接，不完全星接均为1。
no——电流互感器变比。
过电流保护不能作为电容器内部故障保护，当内部元件全部击穿引塌直间短路时，过电流保护才动作，因此过电流保护也不能防止电容器爆破(南阳市某变电站电容器爆破两台，同时过电流动作)
三、零序保护：
1、零序保护的接线，如图1，2，3，所示。
三只电流LH——3LH的一次侧接三角形内部各相，二次侧星接与电流继电器线圈串联构成回路，直流回路如图3示。
2、保护原理：
如果三相电压平衡，各相间电容量分配相等，正常运行时，三相电流相等，互差120° 其矢量为零,即iab+ibc+ica=0零序回路无电流，继电LJO 不动作。
当一台电容器内，部分元件击穿 时，其电容增大，容抗减小，通过的电流增大，三相电流和不为零,零序回路出现零序电流，即3IO= iab+ibc+ica=0 , 当元件击穿 到整定值，3IO 达到启动值，继电器动作而跳闸。
3、零序电流的计算：
电容器组接线如图4，设每相有N台并联，单台容抗为X，每相容抗X=单台内部有n 个元件串连，假定A相中有一台电容器，内部有m个元件击穿 ，则该台电空器的容抗为X`=
， 此时A相空抗X可由下式
上式中u——网络电压，KV
ue——电容器额定电压，KV。
Q——单台电容器额定容量，KVAR。
λ——击穿系数，λ=
4、继电器整定值：零序保护电流继电器整定值按下式计算：
Km——灵敏系数取 1.5
nc——电流互感器变化。
λ值取60%——70%。
在实际运行中，为防止保护装置误动作，每相中不平衡电流应满足下式中要求
Ibp——一次侧不平衡电流。
KK——可靠系数，取1.5-2
零序保护的时限可整定0秒或0.2秒。
通过对零序保护整定计算，可以看出由于击穿系数取值在60%——70%之间，整定时限为0秒或0.2秒，其灵敏度和速动性可以有效防止电容器爆破，因此可作为电容器内部保护的主保护。
四、过电压保护与失压保护：
1、 过电压保护
电容器组的过电压保护，可作用于信号，也可作用于跳闸，过电压保护的整定值：
uCn——电容器额定电压，伏。
Np——电压互感器变化。
2、失压保护：
电容器组运行要求严禁带电荷重合。
如果合闸瞬间电压极性与残余电荷的极性相反，可能会引塌电容器群爆。
一般35KV线路重合闸重合时间为1秒，如果重合成功，对运行的电容器造成瞬间过电压;为防止群爆和重合引起的过电压必须装设失压保护。
表2是JDJ——10型电压互感器采用V/V型接线，其放电时间与残余电压对照表。
从表2看出电压互感器放电1秒钟，残余电压6340伏。
35KV线路重合闸重合成功，必将导致电容器瞬间过电压甚至会引塌群爆，如果安装失压保护，就可防止过电压和群爆。
失压保护整定值
u——网络电压，伏
np——电压互感器变化
失压保护的直流电源，利用蓄能电容器放电，使开关跳闸。
总之，单三角形接线的电容器组，为保证安全运行，防止电容器的爆破及由此崦引起的火灾，以零序保护作单台电容器内部主保护，过电流保护作为外部相间短路保护，加上单台熔丝保护，过电压保护，失压保护，就能达到保护目的。
将老龙腰变电站电容器组二次保护图附后，供参考。