变电站10_kV高压并联电容器熔断器频繁熔断的分析_张利.pdf

，（）上海电气技术收稿时间：第一作者简介：张利（），男，硕士，高级工程师，主要从事电力技术工作变电站 高压并联电容器熔断器频繁熔断的分析张利刘永乾王哲王善晓胜利石油管理局有限公司电力分公司山东东营 摘要：针对某变电站 高压并联电容器熔断器频繁熔断故障，从接线方式、熔断器选型、继电保护、投切参数、高次谐波等方面进行了原因分析，并提出应对措施。关键词：变电站；电容器；熔断器；故障中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：，：；现场情况为了向电网提供可调节的容性无功功率，补偿多余的感性无功功率，提高功率因数，降低电网有功损耗，改善电压质量，需要在变电站主要负荷侧母线上配置高压并联电容器，进行无功功率补偿。某变电站 母线采用单母线分段主接线方式，两段 母线上各安装 高压并联电容器装置。每段母线上安装的电容器分为两组，第一组容量为 ，第二组容量为 。根据系统无功功率需求和电压调节要求，由控制器自动选择投入不同分组。故障及处理在短期内，该变电站先后发生三次并联电容器熔断器熔断故障，故障情况见表。表故障情况日期时间天气设备保护动作情况熔断器情况月 日：晴 段电容开口三角电压保护，不平衡电流保护第一组电容器 相熔断器熔断，第二组电容器 相熔断器熔断月 日：晴 段电容开口三角电压保护，不平衡电流保护第二组电容器相熔断器熔断月 日：晴 段电容开口三角电压保护，不平衡电流保护第二组相熔断器熔断，段电容器第二组相熔断器熔断上述故障发生后，电容器退出运行，检查没有异常，测量三相电容值平衡，绝缘试验合格，排除电容器本体内部故障的可能性。更换熔断器后，均正常投入运行。上海电气技术 ，（）原因分析 熔断器特性熔断器的动作是靠熔体的熔断来实现的，熔断器具有非常明显的熔断特性，即安秒特性。熔断器的安秒特性体现为熔体的动作电流和动作时间具有反时延特性。当过载电流小时，熔断时间长。当过载电流大时，熔断时间短。熔断器的安秒特性如图所示。为了确认该变电站 高压并联电容器熔断器频繁熔断的原因，从电容器组接线方式、工艺质量、熔断器选型、继电保护、投切参数等方面入手，结合现场设备和运行情况进行分析。接线方式并联电容器成套装置由电容器和相应的一次及二次配套设备组成，由控制器实现自动投切和部分保护功能。熔断器安装于单台电容器外部，并与电图熔断器安秒特性容器串联。当电容器发生故障时，熔断器用于切除电容器。电容器采用星型接线，串联电抗率为的电抗器，用于限制合闸涌流和抑制谐波。高压并联电容器组一次主接线如图所示。图高压并联电容器组一次主接线由图可以看出，单台电容器与熔断器串联后，再与放电线圈并联。查阅 并联电容器装置设计规范，放电线圈与电容器宜采用直接并联接线，目的是保证放电回路为完整通路，不因放电终止而威胁人身和设备安全。条文说明中同时提出，单台电容器保护用外熔断器 ，（）上海电气技术不在此例。电容器配置的 型半封闭干式放电线圈的放电容量为 ，电容器的放电电流不足以造成熔断器熔断。因此，以上接线方式不属于错误接线，但存在一定安全隐患，在今后的设计中应予以改进。熔断器选型该变电站电容器组的保护采用外熔断器加继电保护的方式，熔断器用作电容器引线短路、电容器套管绝缘故障、电容器内部元件故障的保护。每台 高压并联电容器均安装熔断器，其型号为 。该变电站安装 高压电容器熔断器，未提供温升试验及小电流开断试验的型式试验报告。经检查，现场安装的熔断器为普通熔断器，并不是电容器专用的喷射式熔断器。熔断器配置情况见表。表熔断器配置情况并联电容器额定容量 熔体额定电流电容器额定电流熔体与电容器额定电流之比 熔断器熔体额定电流的选择，需要依据有关高压并联电容器单台保护用熔断器订货技术条件的国家标准和电力行业标准，同时参考各地对熔断器保护所作的试验研究和积累的运行经验。保护单台电容器时，熔断器熔体额定电流与电容器额定电流之比按照 ，应取 ，按照 高压并联电容器单台保护用熔断器使用技术条件，推荐取 ，按照 电力工程电气设计手册，取 ，根据机械行业相关标准，应取 ，根据国际电工委员会 标准，要求不低于 ，保护导则建议取 。上述标准不统一，实际选择时要考虑熔断器的具体规格型号，不能一概而论。表中的熔断器熔体额定电流符合 的要求。但是，明确提出，电容器配置外熔断器时，每台电容器应配置一个专用熔断器，不能采用其它产品代替。目前，额定电流 以下的专用熔断器，已经有了成熟的系列产品，但额定电流 以上的产品还存在问题，尚不能全部通过试验项目。检查发现，发生熔断的熔断器均不是电容器专用熔断器。因此，对于保护电容器的普通熔断器，应按照 电力工程电气设计手册，熔体额定电流与电容器额定电流之比取 。继电保护按照 电网继电保护装置运行整定规程，对保护定值进行计算。过电压保护整定值 计算式为：（）（）式中：为过电压因数，取；为串联分路电抗器感抗；为串联分路电容器组容抗；为电容器组额定相间电压。低电压保护整定值 计算式为：（.）（）装设专用单台熔断器时，单星型接线电容器组开口三角电压保护整定值计算式为：（）（）式中：为每相各串联段并联的电容器数量；为每相电容器的串联段数；为因故障切除的同一并联段中的电容器数量；为电容器组的额定相电压。延时速断保护整定值 计算式为：（）式中：为可靠因数，取；为电容器组额定电流。过电流保护整定值 计算式为：（）式中：为可靠因数，取 。开口三角电压保护整定值计算式为：（）（）式中：为单台电容器内部各串联段并联的电容器小元件数量；为单台电容器内部的串联段数。将计算结果与控制器设置的保护定值进行对比，见表。查阅控制器厂家说明书，要求对于延时速断保护采用倍电容器额定电流进行整定。按照 ，延时速断保护采用倍额定电流计算，故计算结果与控制器设置值相差较大。除了延时偏小外，控制器保护定值符合规定，与按照 的计算结果相比，灵敏性更高。同时，建议将不平衡电流保护退出，原因有两方面。一是开口三角电压保护投入后，保护范围得到了保障。二是电流不平衡保护是厂家自行开发的功能，整定没有权威标准可依，在合闸三相不同期时如延时设置上海电气技术 ，（）表控制器保护定值对比保护定值延时对比过电压保护设置 计算结果 短于 延时偏小低电压保护设置 计算结果 电压互感器断线保护设置 开口三角电压段保护设置 计算结果 延时速断段保护设置 计算结果 无延时，定值偏小过流段保护设置 计算结果 电流不平衡段保护设置 延时偏小开口三角电压段保护设置 计算结果 延时速断段保护设置 计算结果 无延时，定值偏小过流段保护设置 计算结果 电流不平衡段保护设置 延时偏小不当，会有误动风险。投切参数现场调取电容器投切时间参数，与控制器厂家提供的控制参数配置对比，见表。除了切除延时实际设置值偏小外，其它参数均按厂家推荐值设置，可以排除因延时过短产生投切时涌流造成熔断器熔断的可能性。高次谐波电容器分组投切控制器虽然有谐波显示和谐波保护选项，但是没有经过厂家调试设置，实际上控制表电容器投切时间参数对比项目实际设置值厂家提供值对比投入延时 切除延时 实际设置值偏小连投间隔 连切间隔 器并不具备这两项功能，对谐波不具备检测记录能力。电容器的串联电抗器电抗率为，可抑制次及以上谐波，但对次谐波电流放大引起熔断器熔断的可能性尚不能排除。小结综合以上分析，排除接线、电容器本体故障、继电保护配置、电容器投切参数设置等因素后，故障过程应为：因熔断器选型和熔体额定电流选择不当，一相熔断器熔体自行熔断，之后开口三角电压保护、电流不平衡保护正常动作，将电容器组切除。应对措施为提高电容器组的运行技术水平，建议采取以下措施：（）放电线圈与电容器采用直接并联接线，确保放电回路畅通，保障人身和设备安全；（）退出电流不平衡保护，或将电流不平衡保护延时设置为厂家推荐值，避免保护误动；（）原则上使用电容专用熔断器，由于部分熔断器没有成熟产品可供选择，建议参照 电力设计手册 中熔体额定电流与电容器额定电流之比 中的上限配置普通熔断器；（）对谐波含量进行检测，进一步排除次谐波放电引发故障的可能性。参 考 文 献张顺丽，李永彬，王浩 低压并联电容器熔断器频繁熔断原因分析 电力安全技术，（）：许沛丰，李建，赵卫华，等 电容器外置熔断器故障分析及防范措施供用电，（）：李电，金百荣，洪金琪，等并联电容器装置用熔断器的保护配置电力电容器，（）：曾繁伟 母线电容器组故障原因分析及改进措施电力安全技术，（）：（编辑：尔东）