两种电容器过电压保护方式的研究

中国电力设备管理网电力电容器过电压保护反措摘要：通过分析银南电网电容器过电压保护几次误动事故，提出在电容器过电压保护中使用高返回系数JY8系列静态型电压继电器，来防止系统出现瞬间过电压时电容器过电压保护误动。

1引言电力系统中，电力电容器作为一种静止型无功功率补偿装置，在维护系统的可靠、稳定运行中，发挥着日益重要的作用。

实践证明，为了提高电力电容器运行的可靠性，除了不断提高电容器本身的质量，采用合理的接线和布置之外，配备完善、合理的保护装置也是极其重要的。

电容器过电压保护，是确保电力电容器在不超过规程规定的最高允许电压下和规定的时间内动作的电容器保护。

由于电容器输出的无功功率和内部有功功率损耗均与其两端电压的平方成正比，即电容器输出无功功率Qc＝ωCU2；电容器有功功率损耗P1＝ωCU2tgδ，电容器耐受过电压的能力比较低。

按照IEC标准，“电容器单元应适合于当端子间的电压有效值升到不超过1．1倍额定电压（过渡过程除外）下连续运行。

”我国国标也规定，电容器连续运行的工频过电压不超过1．1倍额定电压。

由此可见，电容器过电压保护配置的合理与否，直接影响着系统并补电容器的健康、稳定、有效运行。

本文通过宁夏银南供电局所辖变电所10kV并补电容器先后发生的电容器过电压保护误动事故进行分析，提出了通过运用高返回系数的静态型JY8系列过电压继电器，代替原电磁式DY－36A型过电压继电器的有效、可行的反措措施。

2问题的提出1997年8月至9月中旬，我局所辖古城220kV变512电容器、河西110kV变518电容器、中卫110kV变513电容器开关相继发生跳闸。

根据当时现场保护掉牌信号指示，以上各次跳闸均为电容器过电压保护出口所致。

电力电容器的工频过电压的产生，原因有二：其一，由于系统出现的工频过电压，电容器所在的母线电压升高，使电容器承受过电压；其二，由于一组电容器中个别电容器故障切除或短路，使串联电容器间容抗发生变化。

过电压保护器试验方法和标准
电气特性试验主要包括：
1.整流器特性试验：通过对整流器的开/关特性进行测试，检查其整
流功能是否正常。

2.电感特性试验：检查电感器的电感值和电感温度特性是否符合要求。

3.电容特性试验：检查电容器的电容值、ESR值和电容与温度的关系
是否符合要求。

4.电压保护功能试验：通过施加额定电压和过电压，检测过电压保护
器是否能够及时响应并切断电流。

5.温度保护功能试验：通过改变环境温度，检测过电压保护器是否能
够在过温情况下切断电流。

6.涌流保护功能试验：通过应用短时间高压脉冲，检测过电压保护器
是否能够及时切断电流。

7.频率特性试验：检查过电压保护器在不同频率下的响应特性。

机械特性试验主要包括：
1.外观检查：检查过电压保护器外壳是否完好，是否有变形或损坏等
情况。

2.尺寸检查：检测过电压保护器的尺寸是否符合制造标准，包括长度、宽度和高度等。

3.绝缘电阻试验：通过在设备的两个非电气连接部分施加额定电压，
检测绝缘电阻是否符合要求。

4.阻燃性试验：将过电压保护器置于明火或热源下，检测其阻燃性能是否符合标准。

5.环境试验：将过电压保护器置于不同的温度和湿度条件下，检测其性能是否受到环境变化的影响。

除了IEC标准外，不同国家和地区还可以制定自己的标准和规范，以适应本地的电力系统和市场需求。

总之，过电压保护器是一种关键的电气设备，为了确保其性能和可靠性，需要进行多种试验。

根据IEC标准以及本地的标准和规范，可以有效地评估过电压保护器的质量和可靠性。

中国电力设备管理网电力电容器过电压保护反措摘要：通过分析银南电网电容器过电压保护几次误动事故，提出在电容器过电压保护中使用高返回系数JY8系列静态型电压继电器，来防止系统出现瞬间过电压时电容器过电压保护误动。

1引言电力系统中，电力电容器作为一种静止型无功功率补偿装置，在维护系统的可靠、稳定运行中，发挥着日益重要的作用。

实践证明，为了提高电力电容器运行的可靠性，除了不断提高电容器本身的质量，采用合理的接线和布置之外，配备完善、合理的保护装置也是极其重要的。

电容器过电压保护，是确保电力电容器在不超过规程规定的最高允许电压下和规定的时间内动作的电容器保护。

由于电容器输出的无功功率和内部有功功率损耗均与其两端电压的平方成正比，即电容器输出无功功率Qc＝ωCU2；电容器有功功率损耗P1＝ωCU2tgδ，电容器耐受过电压的能力比较低。

按照IEC标准，“电容器单元应适合于当端子间的电压有效值升到不超过1．1倍额定电压（过渡过程除外）下连续运行。

”我国国标也规定，电容器连续运行的工频过电压不超过1．1倍额定电压。

由此可见，电容器过电压保护配置的合理与否，直接影响着系统并补电容器的健康、稳定、有效运行。

本文通过宁夏银南供电局所辖变电所10kV并补电容器先后发生的电容器过电压保护误动事故进行分析，提出了通过运用高返回系数的静态型JY8系列过电压继电器，代替原电磁式DY－36A型过电压继电器的有效、可行的反措措施。

2问题的提出1997年8月至9月中旬，我局所辖古城220kV变512电容器、河西110kV变518电容器、中卫110kV变513电容器开关相继发生跳闸。

根据当时现场保护掉牌信号指示，以上各次跳闸均为电容器过电压保护出口所致。

电力电容器的工频过电压的产生，原因有二：其一，由于系统出现的工频过电压，电容器所在的母线电压升高，使电容器承受过电压；其二，由于一组电容器中个别电容器故障切除或短路，使串联电容器间容抗发生变化。

电力电容器的过电压保护与控制近年来，电力电容器在电力系统中的应用越来越广泛。

它在电力生产和分配中起到了重要的作用，但同时也面临着一些潜在的风险，如过电压。

在这篇文章中，我们将重点讨论电力电容器的过电压保护与控制。

一、过电压的原因及危害在电力系统运行过程中，由于电力负荷突变、雷击、短路等因素，都可能导致电力电容器出现过电压现象。

过电压的出现会给电力电容器带来严重的损坏，甚至引发火灾和爆炸等严重后果。

因此，过电压保护与控制成为了至关重要的问题。

二、传统过电压保护方法在过去，传统的过电压保护方法主要采用了过压继电器和保险丝等设备。

当电力电容器遭受到过电压冲击时，过压继电器会迅速切断电路，保护电容器不受损害。

而保险丝则起到了短路保护作用，当电流超过安全范围时，保险丝会熔断，切断电路。

然而，传统方法存在一些问题。

一方面，过压继电器的响应速度较慢，无法满足对电容器的实时保护需求；另一方面，保险丝的熔断需要更换，并且一旦熔断，电力电容器将无法正常工作，导致电力系统的故障。

三、现代过电压保护与控制技术随着科技的不断进步，现代过电压保护与控制技术应运而生。

以下是一些常见的现代过电压保护与控制技术：1. 过电压监测器：过电压监测器能够实时监测电力电容器的电压波形，一旦发现过压情况，能够迅速切断电路，确保电容器的安全运行。

2. 触发器：通过设置触发器，可以使电力电容器在过电压出现时自动释放能量。

触发器能够提供高速响应，保护电容器免受过电压的侵害。

3. 数字信号处理器（DSP）：利用DSP技术，可以实现对电力电容器的智能控制。

通过对电容器进行实时监测和调控，能够有效降低过电压的发生概率，并提高电容器的使用寿命。

4. 压缩空气系统：该系统通过压缩空气将电容器内部的压力保持在合适的范围内，一旦发生过电压，系统能够迅速释放内部压力，达到保护的作用。

四、选用合适的过电压保护与控制技术在选用过电压保护与控制技术时，需要考虑以下几个因素：1. 响应速度：技术的响应速度是否足够快，能否在过电压出现时迅速切断电路。

中文摘要并联电容器作为一种重要的无功补偿设备，被广泛应用于电力系统中。

但是在线运行的电容器各种故障频发，显现出传统的电容器继电器保护方式的缺陷和不足。

因此研制新一代智能化保护装置是解决电容器有效运行和故障保护的显得很有必要。

本课题进行110kV以下电压等级并联电容器微机保护的研究和实现。

首先，对并联电容器的保护原理进行分析、研究，克服了一些传统继电器保护的缺陷和不足。

如传统继电器保护方式下，对桥式差电流保护和双星形接线的不平衡电流保护中发生的平衡性故障无法给予保护。

论文中给出一种改进新方法，即在桥差式电流和不平衡电流判断的基础上，增对三相电流变化的比较、判断，克服了上述缺陷。

该设计的硬件部分以ATmega16为系统的核心，通过电压及电流进行数据采集并送入信号处理电路，从而准确地得到控制系统可以识别的数字信号。

该设计的软件部分对系统的主要流程作出了说明，讲述了单片机如何对处理得到的信号进行监视、判断处理，实现了过电压保护、过电流保护、不平衡电流保护、不平衡电压保护、欠电压保护和零序电流护等功能。

关键词：并联电容器微机保护单片机AbstractAs an important parallel capacitor reactive power compensation equipment is widely used in electric power systems. But the fault line running frequency of the various capacitors, shows the traditional way of capacitor relay protection of the defects and deficiencies. Therefore, a new generation of intelligent protection device developed to solve the capacitor effective operation and fault protection seems necessary.Following this the subject of 110kV shunt capacitor voltage of microprocessor-based protection and realization. First, the protection of shunt capacitor theory analysis, research, and to overcome some of the traditional relay protection of the defects and deficiencies. Such as traditional relay protection mode, differential current protection on the bridge and the binary form of wiring in place to protect the current imbalance in the balance of fault can not be protected. Paper presents a new method for improvement, that the bridge current and unbalanced current differential based on the judge, by comparison of the three-phase current change, to judge, to overcome these shortcomings.The design of the hardware to ATmega16 as the core of the system, through the voltage and current data collected and sent to the signal processing circuit, so the system can be controlled accurately identify the digital signal. The design of the software part of the main flow of the system made a note about how to deal with the SCM to monitor the signal received to determine treatment, to achieve the over-voltage protection, over current protection, unbalanced current protection, unbalanced voltage, under voltage protection and zero sequence current protection functionsKeywords；shunt capacitor Microcomputer Protection SCM目录第一章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 基于微机的电容保护装置发展及现状 (1)1.2.1国外的发展与现状 (2)1.2.3存在的问题 (3)1.3 论文的主要工作 (4)第二章并联电容器运行特点及配置研究 (5)2.1高压电容器组的结构跟接线 (5)2.1.1相关术语定义 (5)2.1.2电容器组结构 (6)2.1.3接线方式 (7)2.2 条件下电容器组运行特性研究研究 (8)2.2.1谐波条件下并联电容器过电压以及谐振的研究 (9)2.3并联电容器保护相关条款 (12)2.4本章小结 (14)第三章基于微机的电容保护原理的分析与研究 (15)3.1电容器组故障类型及保护方式 (15)3.1.1故障类型 (15)3.1.2 保护方式 (15)3.2电容器组保护原理 (16)3.2.1电容器组与断路器之间连线、电容器组内部连线上的短路故障保护 (16)3.2.2电容器组过负荷保护 (17)3.2.3 电容器组过电压保护 (17)3.2.4 电容器组欠电压保护 (18)3.2.5 多台电容器切除后过电压保护 (18)3.3保护方法的改进研究 (24)3.3.1谐波条件下电容器组过电压保护的研究 (24)3.3.2桥式差电流保护和不平衡电流保护的研究 (26)3.4本章小结 (29)第四章基于微机的电容保护装置硬件设计 (30)4.1 ATmega的选择 (30)4.3.1 ATmega16微处理器 (30)4.2信号输入模块电路设计 (31)4.2.1模拟量输入电路设计 (31)4.2.2开关量输入电路设计 (32)4.3晶振和锁相环接口 (33)4.4电源设计 (33)4.5硬件抗干扰技术 (34)4.6本章小结 (34)第五章基于微机的电容保护装置软件设计 (35)5.1 主程序流程图设计 (35)5.1.1.程序说明 (35)5.1.2 关于中断 (35)5.1.3 主程序的主要结构安排 (36)5.1.4 程序中时间段安排 (36)5.2 各主要功能子程序设计 (37)5.2.1采样中断子程序 (38)5.2.2 各保护子程序 (39)5.3软件抗干扰技术 (43)5.4本章小结 (45)总结 (46)参考文献 (47)致谢 (49)第一章绪论1.1 课题背景及意义电力电容器组及其重要的电器设备，在解决电力系统无功电源容量的不足、提高功率因数、改善电压质量、降低线损中起到相当重要的作用，它比同步调相机制造简单、施工简易、维护方便、投资节省。

电容器保护中的不平衡电压和差压保护电容器的差压保护就是电压差动保护，原理就象电路分析中串联电阻的分压原理。

是通过检测同相电容器两串联段之间的电压，并作比较。

当设备正常时，两段的容抗相等，各自电压相等，因此两者的压差为零。

当某段出理故障时，由于容抗的变化而使各自分压不再相等而产生压差，当压差超过允许值时，保护动作。

从原理上可知因两段是串联在电路上的，因此当电容器是正常的情况下，电网电压对护保影响是有限的（暂态过压除外）。

更何况10KV系统为非有效接地系统，单相接地时只影响相对地的电压，相及相间电压并没有改变，因此对保护是没有影响的。

再想说明的是10kV系统的电容器很少用差压保护，此保护多用于35kV系统。

开口三角形保护标准名称为零序电压保护，习惯亦称不平衡电压保护（实际不平稳衡电压保护是另一种方式，只是现在已没再用）。

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（实际就是电压互感器）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（这与线路上的电压互感器的开口三角检测不一样），而单相接地时并不影响到相及相间电压，因此对电容器的保护并没影响每组电容器要三个电压互感器。

因为高压电容器组是要用三个放电线圈的，那刚好就相当于三个电压互感器，因此并没有增加成本。

另外高压电容器的分组是不多的，像一台大型220kV的主变，我所知的最多的就分6组10020kVar。

一次侧PT因放电线圈的主要功能为放电，因此理论上一次回路的直流电阻为小些，线径要大点，因此体积可能大点（实际上差不多）。

直接与电容接牢这个说法所言极是，这是放电线圈与一般PT在接线方式上的最大差别，即不能加熔断器保护。

不平衡电压保护电容器发生故障后，将引起电容器组三相电容不平衡。

电容器组的各种主保护方式都是从这个基本点出发来确定的。

根据这个原理，国内外采用的继电保护方式很多，大致可以分为不平衡电压和不平衡电流保护两种。