10kV并联电容器组不平衡电压频繁动作故障排查与分析

摘要：本文通过对某地区10 kv电网并联电容器组的不平衡电压保护频繁动作原因的调查，对其不正确的保护动作的因素进行了详细的分析讨论，并提出了相应的预防措施，以避免或减少电容器的频繁保护动作造成的损害，影响电网运行的安全稳定性。

关键词：并联电容器组；集合式；不平衡电压；串联电抗器 1不平衡电压保护动作原因分析及探讨 1.1电容器组内部故障造成电容量不平衡

统计数据中电容器组保护正常动作的7次中有5次都属于电容器组电容量超标所致，三相电容量严重不平衡导致保护正常动作；另外2次是由于放电线圈故障或者电缆头制作工艺不良造成过流保护动作。电容量超标，究其原因大致有两类：第一类是由于电容器组本身制造工艺、产品质量以及长时间运行绝缘下降的原因导致电容量超标；第二类是由于电容器组单元内部的内熔丝熔断切断故障元件导致电容量不平衡。不管是集合式还是组架式结构，电容器单元里的单个元件都带有内熔丝，虽然单个元件故障时被隔离所引起电压、电流的变化很小，但造成其他运行元件承受的电压加大。当遇到电网波动或暂态不平衡时故障元件扩大，同时，故障元件被内熔丝不断隔离，电容量不平衡不断加大，最终超出定值。 1.2不平衡保护整定值偏低

一般情况下，电容器组零序电压保护动作原因有：

1）电容器一次接线错误，当系统电压出现波动和不平衡时，中性点电位偏移，而使零序电压增大；

2）电压定值选择不合理，定值整定太低，不能躲过正常运行的不平衡电压； 3）保护出口时间整定太短，躲不过电容器组投入时产生的不平衡电压时间。 根据DL/T584-1995《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》中的不平衡保护的计算公式，每相装设单台集合式电容器、电容器内部小元件按先并后串且有熔丝连接的电容器组，三相差压的计算按式（1）进行。 K=3nm（KV-1）/[KV（3n-2）]（1）

式中，K为因故障切除的同一并联段中的电容器小元件数；m为单台集合式电容器内部各串联段并联的电容器小元件数；n为单台集合式电容器内部的串联段数；Uex为电容器组的额定相电压（一次值）；KV为过压系数；Klm为灵敏系数；uch为开口三角零序电压（一次值）；KPT为放电线圈的PT变比；udz为保护整定值。

由式（3）可以看出保护动作值的计算跟放电线圈PT变比相关，PT变比选小了，对设备的安全运行不利，选大了，保护容易误动。PT选错也是影响定值低的原因之一。同时在规程范围内过压系数取值不同，灵敏系数的取值不同，会使得保护动作定值相差很大。以前，为了保证电容器的可靠运行，整定原则是：过压系数取下限，灵敏系数取上限。但这种整定原则容易使得不平衡电压保护，由于整定值偏低多次动作，且与电容器异常情况无关，最终影响了电网无功补偿。 1.3电压谐波畸变放大

基于串联电抗器的选择与谐波放大关系问题，通过建立带有谐波源的电容器装置简化电路模型，推导得出谐波电压放大率计算公式

式（4）中，s=XS/XC=QCN/Sd；K为电抗率（K=XL/XC）；Sd为电容器装置接入处母线的短路容量；QCN为电容器装置容量；XL为串联电抗器基波电抗；XC为电容器组基波容抗。假设电容器装置与电网在第n次谐波发生串联谐振，可导出电容支路的串联谐振点公式（5）

按照系统和元件的参数（即系统短路容量为244.98MVA、电容器装置容量2400kvar、系统等值基波短路电抗0.45Ω、电容器基波容抗50.417Ω代入式（4）中，计算串联电抗器电抗率分别为1%、6%、12%情况下电容器组对1～9次谐波电压放大率FVN的结果见表1。

表12400kvar电容器组配置电抗率分别为1%、6%、12%的串联电抗器时电网1～9次谐波电压放大率

由表1计算结果看出，2400kvar电容器组配置电抗率为6%的串联电抗器，会造成3次谐波电压放大，超过公用电网谐波电压（相电压）3.2%的限值；电抗率为12%的串联电抗器则会抑制3次及以上谐波电压放大。如果在3次谐波含量比较大的电网中，配置电抗率为6%的串联电抗器则是非常不恰当的，加重了电网谐波污染。以此类推，当电抗器电抗率配置正确，而电容器组电容量选择不当时也会造成谐波电压放大。

该地区电网电容器组实际运行中，220kV变电站选用的电抗器电抗率均为12%，110kV变电站均采用串联电抗器电抗率为6%。如果110kV电网中谐波污染比较严重，尤其包含大量的3次谐波分量，这时电容器组不平衡电压保护的开口三角由于零序分量的存在具有一定的电压值。当各谐波源分别注入电容器的谐波电流一定时，由于实际上谐波分量相位、幅值的不确定性等因素，在3次谐波幅值经叠加后差异较大，并经电抗率为6%的电容器放大后，从开口三角反映出的零序电压幅值也随着变大，超过整定值时，会造成保护动作，导致电容器组不能正常投入运行。

可以看出所有11次不平衡保护不正确动作均发生在110kV变电站，串联电抗器均为6%，这反映出该市内110kV电网的谐波污染程度，暴露出由于谐波污染造成电容器组保护误动作，是影响电网稳定可靠运行的安全隐患。 2改进建议

2.1定期测量电容量

当检查发现电容量将发生变化超过3%时，则立即检查电容器组内部单元是否有个别内熔丝熔断，及时发现并将故障单元电容器退出运行。 2.2扩大电容器组检查范围

在查找集合式电容器差压保护动作故障时，除了检查电容器本体以外，还需要对其不平衡保护回路的放电PT线圈、继电器及二次电缆等设备一同检查。 2.3适当调整保护动作整定值

参照Q/CSG10007-2004《电力设备预防性试验规程》中有关集合式电容器对电容值的规定表可知：“每相由3个套管引出的电容器组，应测量每两个套管之间的电容量，其值与出厂值相差应在5%范围内”，建议适当放大集合式电容器的差压保护整定值，对于个别频繁动作的电容器组，可做适当调整：过压系数取上限，灵敏系数取下限。

2.4检查串联电抗器的电抗率是否与电容器组电容量匹配

考虑到三次谐波对电容器组的影响，在选择电容器补偿装置串联电抗率时，应根据电力系统谐波的实际情况进行合理选择，尽量避免可能发生的谐波放大问

题，确保电容器组的安全运行。对于电抗率选择合理的电容器装置不得随意增大或减小电容器组的容量；对于电抗率选择不合理的电容器装置，必须更换匹配的串联电抗器。 3结束语

电容器组电压保护经常操作跳闸，除一小部分电容器内部故障引起外，大部分是由于接线错误、保护设置不合理、维护检测不充分、电网谐波危害。由于电容器组在电力系统的安全、稳定和经济运行中起着重要的作用，因此必须加强操作和维护，以避免或减少电容器的频繁损坏，提高电网运行的安全性和稳定性。 参考文献：

[1]周景秀，纪会争.10kV并联电容器组不平衡电压保护整定分析[J].华北电力技术，2005（增刊）：26-29.

[2]DL/T584-19953～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].

[3]潘艳，刘连光，胡国新.补偿电容器串联电抗对无源LC滤波器性能的影响[J].电网技术，2001，25（7）：56-59，71.