摘要：根据电力系统的需要确定变电站并联电容器组总容量，并联电容器组的可靠安全运行直接影响到电力系统电压的稳定，并可减少无功功率的跨区域输送从而降低输电线路的电能损耗和提高输电线路的输送容量。为保证并联电容器组的安全运行，本文对并联电容器组接线方式及保护问题进行探讨。
关键词：电容器；接线方式；保护；电力系统
1．引言
并联电容器组是变电站容性无功补偿装置，并联电容器组一般采用油浸式户内布置或户外布置。在电力系统中主要起着调整电压的作用，对电网的安全运行提供有利的保障，为保证变电站高压电力电容器的安全、可靠性的运行，首先要确保电容器的质量安全，其次要正确的选择并联电容器组接线方式和保护形式。
2．电容器组接线
并联电容器组接线有两类：星形类和三角形类。但在国家标准《并联电容器装置设计规范》（GB50227-2008）条文4.1.2条第1款中规定：“并联电容器组应采用星形接线。在中性点非直接接地的电网中，星形接线电容器组的中性点不应接地。”由于三角形接线在技术上存在不安全因素，单串联段的三角形接线并联电容器组，发生极间全击穿的几率比较大，图1为极间短路的示意图，图中故障点的能量包含三部分，一是故障相健全电容器的涌放电流（如图1中曲线1所示），二是其他健全两相电容器的涌放电流（如图1中曲线2所示），三是系统的短路电流（如图1中曲线3所示）。电容器油箱的耐爆容量远远小于这三部分能量的总和，导致油箱爆炸。星形电容器组发生相间击穿故障时，由于受到健全相容抗的限制作用，系统的工频电流（如图2中曲线1所示）极大的降低，其最大值一般不大于电容器额定电流的3倍，并且没有其他两相电容器的涌放电流，只有同相健全电容器的涌放电流（如图2中曲线2、3所示），电容器油箱的耐爆容量远大于系统和同相健全电容器对故障点提供的能量，所以电容器油箱爆炸机率较少。综合比较后得出以下结论：并联电容器组接线应采用星形接线。
图1 图2
3.电容器元件和单台电容器保护
电容器保护的作用是在单台电容器内部元件发生故障，健全元件过电压在允许范围，吸收能量不足以导致油箱外壳爆炸前可靠动作，切除故障，从而保护电容器。内熔丝保护是保护电容器元件，电容器内部元件击穿时，内熔丝动作将故障元件隔离，多个元件被隔离后导致其他健全元件产生过电压，当过电压达到设定的不平衡保护动作值时，将动作于跳闸。外熔断器保护是保护单台电容器，其动作是切除有内部元件故障的电容器；继电保护动作是切除有内部故障的电容器组，它可以作为电容器元件保护和单台电容器保护的后备保护。
关于内熔丝电容器保护：
1）存在保护“死区”（如瓷套管闪络、相对壳短路），此类型故障内熔丝不会动作。为了消除“死区”，某些工程中采用“内熔丝+外熔断器”的保护配置，但实际效果表明，这种保护配置方式不但不能提高电容器组的安全可靠性，反而导致其配套设备增加，外熔断器故障增加，运行维护工作量增加。
2）内熔丝动作后隔离故障元件，电容器单元运行电流减小，健全元件上的运行电压升高。如果电压升高值远远超出元件允许的电压过载能力，将可能引起电容器极间短路，若短路能量超出电容器单元的耐爆能量，将导致恶性事故的发生。所以，内部故障保护应当以内熔丝动作后健全元件过电压作为检测物理量。
3）内熔丝作用是缩小故障区域，但导致健全元件容过电压，现有各种电容器组内部故障保护不平衡计算值都会降低，当整定值不大于初始值时，就会产生误动作，导致电容器组不能正常工作；若提高整定值，内熔丝存其动作值存在离散性，当健全元件容过电压大于其允许范围时，保护将拒动。
4）以前外熔断器用于单台容量较小电容器保护。随着电容器组容量越来越大，外熔断器的熔丝额定电流也随之增大，但是，外熔断器大电流试验结果很不理想，技术性能没有突破性进展，在户外恶劣环境条件下，经常出现各种故障，如机构锈蚀、熔管堵塞、熔体性能变差等，当电容器发生故障，需要其动作时，它却不能可靠动作，或是动作时，不但不能开断故障，反而其自身爆炸，导致电容器爆裂起火，运行单位为防止此类事故发生，平时不得不加强对外熔断器巡检、维护，工作量剧增。采用继电保护时，当任意一台电容器内部故障元件数量达到整定动作值，整组电容器停运，故障点的不明显，查找故障电容器比较麻烦。
4．电容器组内部故障保护
电容器组内部故障保护的任务是对单台电容器故障进行保护，其原理：利用电容器组内部两个相关部分之间的电容量之差，形成的电流差或电压差构成保护。保护方式包括不平衡电流和不平衡电压，当不平衡电流或不平衡电压达到保护的设定值时，保护动作于跳闸，电容器组停运（在故障扩展前将电容器组立即退出运行，避免电容器事故爆裂甚至着火。），运行人员查找故障予以消除，恢复运行。根据电容器组的接线方式选择装设不平衡保护，这是电容器组保护的重要原则。
应当注意，每种保护都有其应用的范围，只有应用恰当，才能发挥其应有的作用，否则，保护形同虚设，失去其应有的作用，酿成事故的发生。开口三角电压保护，利用A、B、C三相放电线圈二次侧采用开口三角连接方式构成保护，设备简单有效，保护灵敏度可以满足要求，适用于小容量10kV单串联段电容器组；中性点不平衡电流保护，将电容器组分成两个星形并把中性点连接、电流互感器装设在中性点连接线上构成保护；当由2个及以上串联段组成一相电容器时，可选择相电压差动保护，放电线圈二次侧抽取电压并采用差接，保护动作可以识别故障相，快速查找故障点予以消除，这是它的优点；由4个桥臂组成一相电容器时，可选择桥式差电流保护，接线复杂，要用3台不平衡保护电流互感器，但保护灵敏度高，也可以识别故障相。双星形差流保护，相同容量的电容器组，故障切除台数相同时，4段串联比两段串联的不平衡电流小。为了启动继电保护，可能需要将电流信号放大（须注意：故障信号电流被放大的同时，其原始不平衡电流也被放大了），放大倍数根据计算确定。
5.结束语
本文对变电站并联电容器组接线方式及保护问题原理及其优缺点进行分析，我们得出如下结论：并联电容器组接线应采用星形接线，不应采用三角形接线。电容器组的保护配置应根据工程实际情况确定，不能一概而论。
参考文献：
[1]GB 50227－2008，并联电容器装置设计规范
[2]电力行业标准《高压并联电容器使用技术条件》DL/T 840－2003
[3]黄旭东.电力电容器保护探讨[J].电力电容器，2009.
[4]周凯.10kV并联补偿电容器的保护完善[J].新疆电力，2006.
论文作者:庞海东
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
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