微机电容器保护装置「高压微机有哪些保护功能」

今天带来微机电容器保护装置「高压微机有哪些保护功能」，关于微机电容器保护装置「高压微机有哪些保护功能」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

电力系统中广泛应用并联电容器实现对系统无功功率的补偿，用以提高功率因数和进行电压调节。与同步调相机相比，并联电容器投资省、安装快、运行费用低。随着高压大容量晶体管技术的发展和微机电容器自动投切装置的应用，并联电容器的调节特性大大改善，电容器在电力系统得到更加广泛的应用。电容器的安全运行对保证电力系统的安全、经济运行有重要的作用。

一、电容器的故障及其危害

1.内部故障

由于制造方面的原因，通常将许多单个电容元件先并联后串联装于同一箱壳中组成电容器。电力电容器组的每一相又是由许多电容器串并联组成的。运行中由于涌流、系统电压升高或操作过电压等原因，电容器中绝缘比较薄弱的电容元件有可能首先击穿，并使与之并联的电容元件被短路，导致与它们串联的电容元件上电压升高，并可能引起连锁反应造成更多电容元件的相继击穿。同时，由于部分电容器的击穿，使电容器的电流增大并持续存在，电容器内部温度将增高，绝缘介质将分解产生大量气体，导致电容器外壳膨胀变形甚至爆炸。有的电容器内部在电容元件上串有熔断器，元件损坏时将被熔断器切除。在电容器的外部一般也装有熔断器，电容器内部元件严重损坏时，外部熔断器将电容器切除。不论内部或外部熔断器，它切除故障部分，保证无故障电容元件和电容器继续运行。但是当其切除部分电容时，必将造成其他电容上电压和电流的重新分配，发展到一定程度，其他电压过高和电流过大的电容也将损坏，由此可能发展成为严重故障，因此除熔断器保护外电容器组必须装设内部故障保护。电容器内部故障是电容器组最常见的故障，因此，它是电容器保护的主要目标。

2.端部故障

在变电站中，电容器被连接成单星形、双星形或三角形等电容器组接入一次系统。在电容器组的回路中相应的一次设备有断路器、隔离开关、串联电抗器、放电线圈、避雷器、电流互感器和电压互感器等，这些设备的绝缘子套管以及相互连接的引线由于绝缘的损坏将造成相间短路，产生很大的短路电流，在短路回路中产生很大的力和热的破坏作用。

3.系统异常

系统异常是指过电压、失电压和系统谐波。IEC标准和我国国家标准规定，电容器长期运行的工频过电压不得超过1.1倍额定电压。电压过高将导致电容器内部损耗增大（电容器的损耗与电压平方成正比）并发热损坏。严重过电压还将导致电容器的击穿。系统失电压本

身不会损坏电容器，但是在系统电压短暂消失或供电短时中断时，可能发生下列现象使电容器发生过电压和过电流而损坏。

（1）电容器组失电压后放电未完毕又随即恢复电压（如有源线路的自动重合闸或备用电源. 自动投入）使电容器组带剩余电荷合闸，产生很大的冲击电流和瞬时过电压，使电容器损坏。

（2）变电站失电压后恢复送电时若空载变压器和电容器同时投入，LC电路空载投人的合闸涌流将使电容器受到损害。

（3）变电站失电压后恢复送电时可能因母线上无负载而使母线电压过高造成电容器过电压。在电力系统中，电容器组还常常受到谐波的影响。由于容抗与频率成反比，对谐波电压而言电容器的容抗较小，较小的谐波电压可产生较大的谐波电流，它与基波电流一起形成电容器的过负载，长期的作用可能使电容器温升过高、漏油甚至变形。为了减小电容器组合闸时的涌流，通常在电容器组的一次回路中接入一个串联电抗器，在工频下其感抗比电容的容抗小得多，特殊情况下某次谐波有可能在电容器组和串联电抗器回路中产生谐振现象，产生很大的谐振电流，它使电容器过负载、振动和发出异声，使串联电抗器过热，产生异音，甚至烧损。

二、电容器的保护配置

规程要求并联补偿电容器组应装设下列保护∶

（1）对电容器组和断路器之间连接线的短路，可装设带有短时限的电流速断和过电流保护，动作于跳闸。

（2）对电容器内部故隆及其弓出线短路。宜对每台电容器分别装设专用的熔断器

（3）当电容器组中故障电容器切除到一定数量，引起电容器端电压超过110%额定电压，保护应将断路器断开，对不同接线的电容器组，可采用不同的保护方式。

（4）电容器组的单相接地保护。

（5）对电容器组的过电压应装设过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

（6）对母线失电压应装设低电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

（7）对于电网中出现的高次谐波有可能导致电容器过负载时，电容器组宜装设过负 载保护，带时限动作于信号或跳闸。

采用微机电容器保护，其保护的配置和参数的设定都可在装置上方便地设置。保护功能分为外部和内部两种。

三、电容器外部故障的保护

1.电流速断保护

反应电容器组引接母线、电流互感器、放电线圈电压互感器、串联电抗器等回路发生相间短路，或者电容器本身内部元件全部击穿形成相间短路。电流速断保护应保证在电容器端部发生相间短路时可靠动作，同时应避免电容器投入瞬间的涌流造成误动。规程规定，速断保护的动作电流应按最小运行方式下电容器端子上发生两相短路时有足够的灵敏系数来整定，灵敏系数大于等于2.0。为了可靠地避免合闸涌流产生误动，电流速断保护应增设约0.2s的延时。

2.过电流保护

过电流保护是电流速断保护的后备保护。它应按躲过电容器组长期容许的最大工作电流整定。电容器组容许在 1.3倍额定电流下长期工作，并考虑电容器组的电容量可容许 10°的偏差。

过电流保护可以采用定时限或反时限，当采用定时限时，为了可靠躲过涌流，过电流保护的动作时间应比速断保护更长。当采用反时限时可参照所用电容器组的过电流损坏特性与所选微机继电保护装置的反时限特性确定。

实际应用中，保护装置的过电流保护一般是两段式或三段式。当为两段式时，第Ⅱ段兼作过负载保护用，通常为定时限特性。当为三段式时，第Ⅲ段为定时限特性，第Ⅲ段可设为定时限特性，也可设为反时限特性，其中第Ⅱ、Ⅲ段兼作过负载保护用。当然，三段式更容易满足灵敏度要求，特别是为适应调压要求电容器组容量变化较大的场合。

电容器组的过电流保护用于保护电容器组内部短路及电容器组与断路器之间引起的相间短路。采用两段式，每段一个时限的保护方式。电容器过电流保护逻辑框图如图7-16所示。其中H1和t1构成工段，H2和t2构成Ⅱ段，分别反应A、B、C三相电流。

3.电容器的过电压、失电压保护

电容器有较大的承受过电压的能力。我国标准规定电容器容许在1.1倍额定电压下长期运行，在1.15倍额定电压下运行30min，在1.2倍额定电压下运行5min，在1.3倍额定电压下运行1min。过电压保护原则上可以按此标准规定进行整定，但为了可靠起见，可以选择在1.1倍额定电压时动作于信号，1.2倍额定电压经5～10s动作跳闸。此时限是为了防止因电压波动而引起误动。过电压保护的电压元件可以取放电电压互感器的二次侧电压（这样可以直接反应电容器承受的电压），也可取母线电压互感器二次侧电压（当三相电容不平衡时，它不能确切反应各相电容器的电压）。在微机继电保护中一般用后者，因为这样可以同时满足过电压、失电压保护和测量所需的电压采样。但采用此接法时应注意需由电容器组的断路器或隔离开关的辅助触点闭锁电压保护，使断路器断开时保护能自动返回。当有串联电抗器时，电抗器会使电容器上电压升高。电容器电压保护主要用于防止系统稳态过电压和欠电压。过电压和欠电压保护均通过延时来鉴别稳态过电压和欠电压。

过电压保护采用母线的线电压，取母线电压是为了防止母线电压过高时损坏电容器，且切除电容器可降低母线电压。为防止电容器未投时误发信号或保护动作后装置不复归，过电压保护中加有断路器位置判据。另外，当变电站有电压无功自动调整装置投入运行时，电容器的过电压保护可以退出运行。电容器过电压保护的逻辑框图如图7-17所示，过电压保护动作带时限发信号或跳闸。断路器在跳位时要闭锁过电压保护的Y2和Y3，使电容器保护自动退出运行。

当供电电压消失时，电容器组失去电源，开始放电，其上电压逐渐降低。若残余电压未放电到0.1倍额定电压就恢复供电，则电容器组上将承受高于1.1倍额定电压的合闸过电压。导致电容器组的损坏，因而需装设低电压保护。可取三相线电压失压的与逻辑或三相电压的正序电压失压作为失电压判据。在母线电压低于定值后带时延切除电容器组，待电荷放完后才能再投入。如图7-18所示为电容器低电压保护的逻辑框图。由图可见，只有当三相电压同时降低到低电压动作值时，保护才可动作;考虑到供电电压消失时电容器组无电流，低电压保护经过电流团锁（Y2）∶以防止 TV断线造成低电压保护误动。在系统故险或低压电容器保护动作跳闸后，为了使保护能立即复位，要求保护在跳闸位置时能自动退出运行，用断路器跳闸位置闭锁低压保护（Y5），待母线电压恢复正常后断路器可重新投入运行。低电压保护的动作时间应小于供电电源重合闸的最短时间。

在微机继电保护中，电容器的失电压保护可以和过电压保护用同一个电压元件。其整定值既要保证在失电后电容器尚有残压时能可靠动作，又要防止系统电压瞬间下降时误动作。动作电压可整定为30%～60%电网额定电压。动作时间既不可太短，也不可太长，应满足下列要求∶

（1）大于同级母线上其他出线故障时的保护切除时间。

（2）当电源线失电后重合时，在重合前失电压保护应先将电容器回路切除。

（3）当备用电源自投装置投入备用电源前，失电压保护应先将电容器回路切除。在微机继电保护中，电源线失电后重合及备用电源自投装置投入备用电源也可以由重合闸装置和备用 自投装置在合闸前先发出联跳电容器的命令来实现。

4.单相接地保护

电容器组应装设单相接地保护，至于是装设接地电流保护，或是方向接地保护。或是绝缘监察装置等，这要根据变电站中性点接地方式。出线回路的多少。接地电容电流的大小等条件来决定。可配置两段式零序过电流保护，用于单相接地保护。

5.串联电抗器的保护

为了限制电容器接通电源时的涌流以及抑制高次谐波对电容器的影响，通常在电容器回路中接入一个串联电抗器，上述过电流保护和速断保护的保护范围均已包括串联电抗器，不需另设保护。但按照运行情况油浸式铁芯串联电抗器类似于油浸变压器，有关标准建议0.18MVA 及以上的油浸铁芯串联电抗器应设置气体保护，以保护其内部故障。对于微机继电保护装置，只需将气体继电器触点接入保护装置的一个信号输入口，再由保护装置出口跳闸。

6.过负载保护

电容器组过负载是由系统过电压及高次谐波所引起。按规定电容器应能在1.3倍额定电流下长期运行，对于电容量具有最大正偏差（10%）的电容器，过电流允许达到1.43倍额定电流。

注意到电容器组必装设反应稳态电压升高的过电压保护，而且大容量电容器组一般装设抑制高次谐波的串联电抗器，在这种情况下可不装设过负载保护。仅当系统高次谐波含量较高或实测电容器回路电流超过允许值时，才装设过负载保护。保护延时动作于信号。为与电容器过载特性相配合，宜采用反时限特性过负载保护。一般情况下，过负载保护与过电流保护结合在一起。

7.TV断线报警

（1）三相线电压均小于16V，某相电流大于0.2A，判为三相断线。

（2）三相电压和大于8V，最大线电压小于16V，判为两相TV断线。

（3）三相电压和大于8V，最大线电压与最小线电压差大于16V，判为单相TV断线。待电压恢复正常，异常报警自动复归。

四、电容器组内部故障保护

大容量的电容器组是由许多单台电容器串并联组成的。单台电容器故障时由其专用的熔断器切除。一般情况下切除个别电容器时，电容器组的外部电流变化不是很大，在故障未发展到很严重时过电流和速断保护很难反应，由于电容器有一定的过载和过电压能力，此时电容器组仍可继续运行。当被切除的电容器达到一定数量时就可能发生连锁反应导致更多电容器的损坏，所以必须设置专门的保护，当部分电容器被切除后引起其他电容器端电压超过110%额定电压时保护应带延时断开电容器组。根据电容器组接线的不同可采用以下保护。

1.零序电压保护

单星形接线的电容器组的中性点是不接地的，部分电容器损坏时中性点产生位移电压。将放电器的一次绕组和单星形接线的每相电容器并联，三相的放电器的二次绕组接成开口三角形，保护装置检测开口三关注国信弘创官方公众平台mq998214获取更多信息角的电压。如图7-19所示为单星形接线开口三角电压保护，电压互感器TV开口三角形上的电压反应的是电容器组端点对中性点N的零序电压。电压互感器TV的一次绕组兼作电容器组的放电线圈。

这种保护方式的好处是不受系统单相接地故障和电压不平衡的影响，也不受三次谐波的影响，灵敏度高，安装简单，是国内中小容量电容器组常用的一种保护方式。也可以利用接于电容器中性点与地之间的电压互感器来检测位移电压，如图7-20所示。

2.电压差动保护

当单星形接线电容器组每相由两个电压相等的串联段组成时（特殊情况两个串联段的电压可以不相等），将放电器的两个一次绕组与两段电容器分别并联，放电器的两个二次绕组按差电压接线接至保护装置即构成电压差动保护。如图7-21所示为单星形接线电压差动保护。正常运行时，电容器组两串联段上电压相等，可认为差电压为零（实际存在很小的不平衡电压），保护不动作;当某相多台电容器切除后（每台电容器具有专用熔断器），两串联段上电压不相等，该相出现差电压，保护动作。这种保护方式不受系统单相接地故障和电压不平衡的影响，动作也较灵敏，并可判断出故障相别，缺点是使用设备较复杂，当两个串联段中有程度相同的故障时保护拒动。

3.不平衡电流保护

对于双星形接线的电容器组可以通过小变比的电流互感器和保护装置检测两个星形的中性点间由位移电压产生的不平衡电流来反应电容器的内部故障。如图7-22所示为双星形接线中性线不平衡电流保护。当多台电容器被切除后，中性线中有电流，保护即可动作。当电容器组出现部分元件击穿但尚未引起全部击穿短路时，将其从系统断开。

4.不平衡电压保护

上述不平衡电流保护也可以改为在两个星形的中性点之间接电压互感器，其二次侧接至保护装置。如图7-23所示为双星形接线中性点不平衡电压保护，当多台电容器被切除后，两组电容器的中性点 O、O'电压不再相等，出现差电压U0保护动作。可配置二段不平衡电压保护。

5.桥差电流保护

三相桥差电流保护为反应桥式接线电容器组中电容器内部短路而设置，也称电流平衡保护。当电容器组为双星形接线且星形的每一边是由若干段（偶数）串联而成的，则可以在每相的中部接入电流互感器构成桥形接线。如图7-24所示为单星形接线电桥原理电流平衡保护。正常运行时，桥式差电流几乎为零（实际是不平衡电流），保护不动作;当某相多台电容器切除后（每台电容器具有专用熔断器），电桥平衡被破坏，桥差电流增大，保护装置动作。也可以检测桥路的不平衡电压组成电桥原理电压平衡保护，称桥差电压保护。这种保护可直接判定是哪一相电容损坏，但需用的保护元件较多，工程中较少应用。

以上几种方式在电力系统微机继电保护的实际应用中，大量应用的是单星形接线开口三角电压保护（见图7-19）和双星形接线中性点不平衡电流保护（见图7-22）。