高压串联电容器不平衡保护的研究

电容器组不平衡电压保护动作原因分析摘要：本文针对某110kV变电站10kV 2#电容器组因不平衡电压保护动作导致跳闸，分析不平衡电压保护动作原理，依次对集合式并联电容器、电抗器、放电线圈、避雷器等进行诊断性试验，最终通过试验及数据分析判断故障原因为放电线圈故障导致三相开口三角电压不平衡，从而引起电容器组不平衡电压保护动作跳闸。

一、故障情况2017年1月，某110kV变电站10kV 2#电容器组因不平衡电压保护动作跳闸，保护动作电压整定值为15V，保护装置显示不平衡电压为18.15V。

10kV 2#电容器组一次接线原理图如图1所示，电容器组采用单星形接线方式，放电线圈二次端子采用开口三角电压保护。

图1 10kV 2#电容器组一次接线原理图二、不平衡电压保护动作原理及故障分析10kV 2#电容器组中电容器为集合式并联电容器，该电容器采用六个瓷套引出，针对内部故障，不平衡保护必然采用开口三角电压保护方式。

它的原理是分别检测电容器的端电压，再在二次端接成开口三角形得出零序电压，从而发现三相是否平衡而得出设备是否有故障。

因放电线圈（等同于电压互感器）一次端的两个端口是直接接在电容器两端的，因此它检测的电压只由设备的两端电压决定[1]。

根据电容器组一次接线原理图和保护动作原理初步分析，可能是集合式并联电容器、避雷器、电抗器或放电线圈出现内部故障引起一次电压变化，从而导致放电线圈检测到的开口三角零序电压超过整定值，最终不平衡电压保护动作跳闸。

三、故障诊断集合式并联电容器额定一次电压为 kV，容量2100kVar，2005年2月投运。

通过对集合式并联电容器诊断试验，并与上次试验数据比较，如表1所示，根据Q/GDW 1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》标准判断[2]，电容量误差范围：-5%~+10%，且任意两线端的最大电容量与最小电容量之比值，应不超过1.05。

电抗器诊断试验数据如表2所示，通过数据分析比对，集合式并联电容器及电抗器试验数据符合状态检修规程要求，试验合格，初步排除并联电容器及电抗器故障引起的跳闸。

电力电容器组不平衡电压保护动作原因分析及故障诊断摘要：在变电站中,电容器组三相电容量变化不一致,是导致电容器组不平衡电压保护动作最重要的原因之一,也是最常见的原因。

当电容器组发生跳闸,不应进行重合闸,必须查明确切的原因,排除故障。

另外,运行人员也应加强对电容器的红外检测,及时发现潜在隐患,减少电力事故的发生。

关键词：电力电容器组；不平衡电压；保护动作；原因；故障诊断1电容器结构及其对应保护三相单星型不接地型式的电容器组一般配置有两段式过流保护、低电压保护、过电压保护和不平衡电压保护，以应对不同的故障。

220kV甲变电站的10kV母线接线方式如图1所示，2台主变分别通过甲101与甲102带10kV西母线和10kV东母线，10kV母联分位运行。

甲容1开关柜内的电流互感器共引出2组电流绕组，一组是保护级别，另一组是测量级别。

同时，电容器保护逻辑中的过电压保护和低电压保护所用三相电压采用甲10西表转换后经过屏顶小母线传输的母线电压。

图1甲变电站10kV运行方式10kV电容器的差压保护接线如图2所示，C1、C2分别为单相电容器组的上、下节电容；L为电容器组的电抗器；n为放电线圈的变比；Um为系统一次电压；Ucy为单相电容器的差压二次值。

差压保护接线共有3组，每组2根信号线经过放电线圈至端子排，再连接到保护装置。

图210kV电容器差压保护接线示意图2电容器组不平衡电压保护动作原因2.1三相放电线圈性能不一致放电线圈是并联在系统中,其一次侧与电容器的抽头相连接,用于测量某一部分电容器的电压。

当放电线圈一次或者二次线圈发生断线或者短路的情况下,其变比会发生变化,此时放电线圈的二次电压也会发生变化,当三相放电线圈的二次电压变化不一致时,便会产生不平衡电压,引起保护动作。

2.2电容器组三相电容量不平衡中性点不接地的星型接线电容器组,当三相电容器组电容值不平衡时,运行中会产生电压分布不均的情况。

电容值小的一相或承受较高的电压,并随着电容值不平衡加大,电压分布不均的情况也随之加大。

某变电站35kV高压并联电容器故障分析摘要：本文通过对一起某330kV变电站35kV无功补偿装置电容器组故障，详细分析了故障原因，通过解剖故障电容器，对电容器内部结构进行了详细阐述，对检修试验人员具有一定的指导意义。

关键词：电容器；局部放电；电场1 故障概述XX年X月X日X时,某330kV变电站35kV电容器组断路器跳闸，检查一次设备发现电容器C相第4、12只根部着火，C相第12只电容器距根部四分之三处箱壳被烧穿。

故障当日天气晴，站内无操作。

该电容器组电容器保护采用双星形中性线不平衡电流保护，每臂只有一个串联段，每一串联段为4并4串结构（图1）。

当电容器故障时，三相电容之间出现不平衡，中性点电位发生偏移，中性点之间就有不平衡电流出现，从而保护动作跳闸。

单只电容器为内置熔丝结构，该组电容器组累计发生三次故障，故障信息基本一致,均为电容器根部发生爆炸起火，其中两次故障均造成电容器组中性点电流互感器喷油损毁。

图1：电容器组接线图3.解体检查外观检查电容器根部发生爆炸，电容芯子脱落，根部四分之三处有鼓包，电容芯子脱落，内熔丝基本全部熔断，芯子对箱壳间电缆纸封包内部明显烧穿，测量尺寸发现与电容器根部四分之三处鼓包处位置一致。

电容器中的电容单元由两张铝箔作为极板，中间夹多层聚丙烯薄膜卷绕后压扁而成，极板的引出为铝箔突出结构。

电容器芯子的两张铝箔分别向一边凸出于固体介质边缘之外，铝箔的另一边处于固体介质边缘之内，由凸出的铝箔引出和导入电荷。

4 原因分析造成电容器击穿的因素包括内在因素及外部因素两方面。

外部因素与使用条件有关，主要与环境温度、稳态过电压及其作用时间、操作过电压幅值和持续时间及承受次数、电网谐波等相关。

内在因素主要有：电场均匀程度及边缘效应、电介质材料弱点、制造过程中造成元件固体电介质的机械损伤及褶皱、电容器中残留的空气、水分及杂质等。

从三次故障检查情况看，故障发生前无谐波及操作过电压情况，故障电容器套管无脏污及放电痕迹，故障现场无异物，三次故障电容器均为电容器根部发生爆炸起火，根部四分之三处有明显放电击穿现象，由此判定该组电容器三次故障均为内部绝缘击穿故障。

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。

电容器组不平衡保护动作原因分析【摘要】针对电容器组不平衡保护占总故障次数较高这一问题，本文从不平衡电压产生原因、不平衡保护动作后故障查找等方面进行了分析，并进行了实例举证，分析出不平衡电压的产生原因有：电容器组三相电容量不平衡；电网电压三相不对称平衡；三相放电线圈性能差异等，同时提出了不平衡保护动作后的故障查找办法：接头发热；合闸时不平衡电压和时间配合不好；电容器与电抗器配合不良；电容器三相电容量不平衡或放电线圈变比不一致等，为处理电容器组故障提供了指导依据。

【关键词】电容器组；不平衡保护；电容量；不平衡电压1.引言电容器组在电力系统中的主要作用是补偿电力系统的无功功率，提高系统的功率因数，改善电能质量，减少线路的损耗，提高电网输送电能能力，保证发电机的出力和设备的运行能力。

保证电容补偿装置的安全运行对保障电力系统的供电质量与经济效益将起到重要作用。

商丘市全区变电站共有电容器组165套，2009-2012年共发生各类故障32套/次；具体结果统计如下：表1 2009-2012年商丘地区电容器故障统计表故障类型故障次数不平衡保护 22电流保护 4电压保护 2保护装置误动 1绝缘故障 3由以上统计结果表明，电容器组不平衡保护占总故障次数的69%，有必要探索其故障原因和查找解决办法。

2.电容量不平衡保护电容器组中电容量不平衡保护主要用于保护电容器内部故障。

当电容器内部故障，使电容装置的任一个电容器发生击穿或熔断器熔断时，引起的过电压及过电流幅值一般都不大，不会引起电压保护和电流保护动作跳闸，但是引起的电压变化会使电容器组某一串联段上电容器的运行电压超过 1.1倍的额定电压，而超过 1.1倍额定电压是不允许长期运行的，所以需要电容量不平衡保护来跳开断路器，从而达到保护电容器，隔离故障点的作用。

电容量不平衡保护方式分别有：开口三角电压保护（用于单星形接线的电容器组）、相电压差动保护（用于串联段数为两段及以上的单星形电容器组）、桥式差电流保护（用于每相能接成四个桥臂的单星形电容器组）、中性点不平衡电流保护（用于双星形接线电容器组）。

电容器组不平衡电压保护动作原因分析张清妍摘要：本文首先阐述了变电站中电容器的作用以及不平衡电压动作的原因，之后结合现场实际案例，对一起10kV电容器组不平衡电压动作故障的原因进行了分析。

关键词：变电站；电容器；不平衡电压；故障；原因分析1电容器在变电站中的作用电力系统中的负载绝大多数为感性负载，系统中的感性电流较大，影响系统电压的品质因数。

另外，由于系统各级之间的电压降，当负荷较大时，系统末端的电压会降至较低的水平，无法满足末端负荷得电压水平要求。

因此，需要在电力系统中加装电容器，对系统中的感性电流进行补偿，改善电力系统的品质因数，并且由于容升的原因，可以进一步提升电力系统末端的电压水平，提高系统的供电能力。

在变电站中，10kV系统无功补偿采用的是并联电容器组。

补偿方式可分为三类：集中补偿、就地补偿以及分散补偿，接线方式可分为两类：星形且中性点不接地接线方式和三角形接线方式。

在变电站的实际建设中，往往采用两组或者四组相同接线方式的电容器组，加装备自投，可以同时投运，也可以单独投运，为电力系统提供补偿。

2电容器组不平衡电压保护动作原因2.1电容器组三相电容量变化不一致依三相星形连接且中性点不接地运行方式的电容器组为例，由于长时间运行、制造工艺不佳、绝缘材质较差、受潮等原因，电容器组中的某只电容器或者某几只电容器会发生电容量增大或者减小的问题，此时电容器组的三相臂容抗将发生变化。

电容器组的线电压数值和频率均与系统电压一致，保持不变。

（1）I——电容器中流过的相电流；ω——系统频率；C——单相电容器组的电容量；U——系统相电压根据公式（1）可知，当单相电容器组的电容量发生变化时，电容器中流过的相电流也将发生变化，I和C成正比例关系。

对于同一相电容器组而言，其为多只电容器串联结构，流过其中的电流数值相同，频率与系统频率相同。

（2）I单只——单只电容器中流过的电流；ω——系统频率；C单只——单只电容器组的电容量；U单只——单只电容器两侧电压根据公式（2）可知，当某只电容器的电容量发生变化时，单只电容器上的电压分布就会发生变化，对于单相电容器组而言，U单只和C单只成反比例关系。

电容器不平衡保护动作情况浅析摘要：电容器不平衡保护是电容器组故障的主要保护，介绍了电容器组不平衡保护的作用与方式，列举出了不平衡保护的几种典型动作原因，说明了安装质量与实际故障设备对电容器不平衡保护的影响，为处理电容器组故障提供了依据。

关键词：电力电容器；不平衡保护；动作引言变电站内的电容器故障频繁发生，影响电网运行的安全稳定性，也增加了相关检修人员的工作量。

并联电容器的故障与其制造水平、使用条件以及控制保护装置工作的可靠性等有关，正确分析电容器的故障情况，对提高电网可靠性及电力企业和社会的经济效益都有很大的作用。

1 电容器组不平衡保护电容器发生故障后，将引起电容器组内部相关的两部分之间的电容量不平衡，利用这种不平衡形成的电流差或电压差就构成了电容器组不平衡保护[1]。

电容器组故障最显著的特点是电容器电压升高，一旦超过允许值不平衡保护将动作，切除整组电容器，达到将故障隔离从保护电容器的目的。

对于常用的单台电容器内熔丝与继电保护配合的保护方式，电容器不平衡保护的整定值通常按故障电容器内部正常元件的过电压不超过1.1倍允许值来确定。

不平衡保护主要作用如下：（1）熔断器将故障电容器切除后，余下的电容器上的过电压值只要不超过整定值，电容器组就可以在缺台的条件下继续运行；否则跳开开关，切除整组电容器。

（2）当故障电容器未被熔断器切除时，不平衡保护将作为后备保护使整组电容器退出运行。

根据电容器组不同的接线方式，不平衡保护也有不同的类型。

2 不平衡保护的方式不平衡保护方式[2]有：单星形接线的电容器组可以采用开口三角电压保护；串联段数在两段及以上的单星形电容器组可以采用相电压差动保护；每相能接成四个桥臂的单星形电容器组可以采用桥式差电流保护；双星形接线电容器组可以采用中性点不平衡电流保护。

3 不平衡保护动作的故障情况分析电容器不平衡保护动作的少数原因是由于内部故障，使电容器组电容量超标，导致三相电容量不平衡。