并联电容器组熔断器

一起由熔断器引发的高压并联电容补偿柜事故分析0 引言在电力系统中，为了降低电网电能传输过程中的损耗，提高电网运行的经济性，电网中大量的感性负荷需要进行容性无功功率就地补偿，实现无功就地平衡。

此变电所为水泥企业，主要负荷为电动机（电动机采用变频器软启动），尽管容性无功功率电源的种类较多，但目前国内用得较普遍的是并联电容器，它可根据需要由若干电容器串联、并联组成，容量可大可小，既可以集中使用，又可以分散使用，且可分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器。

在电力系统的变电站中，由于负荷的自然变化，并联电容器成为投切最频繁的电气设备。

由于产品制造原因或设计、运行、维护不当等因素造成严重的并联电容器损坏事故，会给电网带来巨大的损失[1-4]。

1 事故经过2015年7月14日12时26分，某公司110kV总降变电所10kV电容器柜第一组出现短路事故，导致电容补偿开关柜中的断路器跳闸，过电流Ⅰ段动作。

此次事故造成电容器柜发生爆炸，柜门由于柜内压力而变形，一台电容器外壳出现鼓肚变形。

有一名变电所值班人员在巡检中经过电容器柜时被弧光烧伤，事态较严重。

事故现场照片见图1。

事后对现场发生事故的电容器柜内电容器容值进行测量，第一组3台电容器容值分别为A1：61.5uF、B1：45.5uF、C1：45. 8uF；第二组3台电容器容值分别为A2：45.6uF、B2：45.5uF、C2：45.6uF；第三组3台电容器容值分别为A3：45.6uF、B3：45.5uF、C3：45.5uF；根据单台电容器的额定电容量45.16uF进行判断，只要电容器内部有1串短路，电容量就已达60.21uF，可见有1台电容器已经损坏。

图1 事故现场照片该电容器柜运行方式为自动和手动两种投切方式，事故时投切方式为采用控制器自动投切。

现场查看继电保护设置：电容补偿开关柜微机保护装置中，过电流Ⅰ段、过电流Ⅱ段均投入，详见图2；跳闸时动作值分别为Ia=9522A、Ib=9523A、Ic=9478A，详见图3；但是欠电压、过电压保护均为退出状态，详见图4、图5。

浅析变电站并联电容器组的工作原理摘要：电容器组作为变电站的重要组成部分如今已得到广泛的应用。

电容器组主要分为并联和串联两种，两者的区别是并联耐压值不变，容量升高；串联耐压值升高，容量降低。

本文将以220kV某变电站并联电容器组为主要内容进行展开，从其组成部分、工作原理、运维要求方面对并联电容器组进行浅析，帮助运维人员更好的进行日常运维工作。

关键词：并联电容器组、工作原理、运维要求1、并联电容器组的主要组成部分此次220kV某变电站的并联电容器组电压等级为35kV，布置于变电站低压母线末端。

其电气连接如图-1所示：图-1并联电容器组电气连接图由上图可知，其主要构成部分为:TV：放电线圈；QG：接地开关；C：并联容器；L：串联电抗器；FV：氧化锌避雷器；QS：隔离开关。

电容器组是由多种电气元件组成的电力设备。

电容器组具有容量大、单元数量多、电压等级高等特点。

各部分作用如下：（1）C：并联电容器：用来对电力系统进行无功补偿，以提高电网功率因数，减少线损、改善电压质量等，达到充分发挥供电设备效率的目的。

（2）TV：放电线圈：为了释放断电时的残余电荷和运行中抽取电容器保护用电压，放电线圈在三相电压失衡时，会产生一个开口三角电压，输入电压继电器，然后由保护动作选择跳闸或报警。

（3）FV：氧化锌避雷器：为了预防操作过电压。

（4）L：串联电抗器：用于抑制高次谐波及降低合闸涌流，避免电容器造成过电流和受到合闸涌流的冲击。

2、并联电容器组的工作原理并联电容器组的工作原理如下：电力系统运行时，通过将具有容性功率负荷的电容器与感性功率负荷的电抗器并联在同一电路上，纯电感分量不消耗能量在两负荷之间交换。

此时，感性负荷功率所需的无功功率由并联电容器容性负荷输出的无功功率进行补偿，电力系统的感性无功功率等到补偿。

在系统中纯电感分量交换中的产生的功率是容性的无功功率，同一电源下电感电流与电容电流相位差180°，并联电容器组以后，电感能量交换与电容进行，无功功率不再进入电源和远距离输电线路上，从而减少了系统的无功功率，降低线路损耗，提高了系统的功率因数、改善电压的质量。

中华人民共和国电力行业标准高压并联电容器单台保护用熔断器DL442-91订货技术条件中华人民共和国能源部1991-09-20发布1992-05-01实施1总则1.1范围本标准适用于频率50Hz的高压并联电容器的单台外部保护用熔断器(以下简称熔断器)。

1.2名词术语1.2.1熔断器当通过电流超过规定值足够长时间时，其熔体熔断并使回路断开的设备。

1.2.2熔体熔断器动作时预定熔化的导电体。

1.2.3熔丝包括熔体的一种部件，在熔断器动作以后和熔断器恢复使用以前要求更换的部件。

1.2.4管体放置熔丝的管状物。

1.2.5指示装置用来指示熔断器动作与否的一种装置。

1.2.6同型号熔断器具有相同的结构、尺寸和材料，用于同一额定电压和开断容量，包含了一定范围内的不同额定电流的熔丝，这些熔丝仅在熔体的尺寸上有所不同，这样的熔断器称为同型号熔断器。

1.2.7熔断器的额定电压(U nf)熔断器的正常工作电压(有效值)，其值应与被保护的单台电容器额定电压相一致。

1.2.8熔断器的最高电压(U nf)熔断器可以长期使用的最高电压(有效值)。

1.2.9熔丝的额定电流(I nf)熔丝组装成熔断器后可以长期使用的工作电流(有效值)。

1.2.10熔断器的额定电流熔断器可长期使用的工作电流(有效值)，其值应不低于该型号中最大规格的熔丝的额定电流。

1.2.11电容器元件由电介质和电极所构成的电容器的最小单元部件。

1.2.12 单台电容器将电容器元件装于单个外壳中，有引出端子的组装体。

1.2.13 电容器组电气上连接在一起的一组单台电容器。

1.2.14 电容器当不必特别强调“单台电容器”或“电容器组”时的用语。

1.2.15 电容器的耐受爆破能量电容器内部发生极间或极对外壳内部击穿时，不引起电容器外壳及套管破裂的最大能量。

1.2.16 电容器外壳的10%破坏几率曲线在电容器内部电弧作用下，用电流与时间关系来表示的电容器箱壳有10%的几率发生破坏或漏油的曲线。

熔断器电流选用工作电流额定值，选用一定要计算。

照明线路安装时，略大全部电流和。

单台电机运行时，小于额流二点五。

多台电机运行时，小于总和二点五。

减压起动电动机，小于二倍额定流。

绕线式的电动机，小于额流一点五。

变压器的低压侧，小于额流一点五。

并联电容器组群，小于额流一点八。

电焊机装的熔体，小于负流二点五。

电子整流元器件，一点五七额定流。

选择熔断器主要是选择其熔体的额定电流。

熔体的额定电流应通过计算合理选择。

（1）照明电路白炽灯：熔体额定电流=1.1×被保护电路上所有白炽灯工作电流之和。

日光灯和高压水银荧光灯：熔体额定电流=1.5×被保护电路上所有日光灯和高压水银荧光灯工作电流之和。

（2）电动机1）单台直接起动电动机：熔体额定电流=（1.5～2.5）×电动机额定电流。

注：对不频繁起动的电动机取较小的系数，频繁起动的电动机取较大的系数。

2）多台小容量电动机共用线路：熔体额定电流=（1.5～2.5）×最大容量的电动机额定电流+所有电动机额定电流之和。

3）减压起动电动机：熔体额定电流=（1.5～2）×电动机额定电流。

4）绕线式电动机：熔体额定电流=（1.2～1.5）×电动机额定电流。

（3）配电变压器低压侧：熔体额定电流=（1.0～1.5）×变压器低压侧额定电流。

高压侧：熔体额定电流=（2～3）×变压器高压侧额定电流（当变压器容量为100～1000kV·A时系数取2，低于100kV·A时系数取大于2小于3的值）。

（4）电力电容器每台高压电力电容器或每台低压电力电容器都单独设熔丝保护，熔体额定电流=（1.5～2.5）×电容器额定电流；电力电容器组，熔体额定电流=（1.3～1.8）×电容器组额定电流。

（5）电焊机熔体额定电流=（1.5～2.5）×负荷电流。

（6）电子整流元件熔体额定电流≥1.57×整流元件额定电流。

并联电容器补偿装置基本知识无功补偿容量计算的基本公式： Q = Ptg φ1——tg φ2=P1cos 11cos 12212---ϕϕ tg φ1、tg φ2——补偿前、后的计算功率因数角的正切值 P ——有功负荷Q ——需要补偿的无功容量 并联电容器组的组成1．组架式并联电容器组：并联电容器、隔离开关接地开关或隔离带接地、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、并联电容器专用熔断器、组架等;2．集合式并联电容器组无容量抽头：并联电容器、隔离开关接地开关或隔离带接地、放电线圈、串联电抗器、氧化锌避雷器、组架等; 并联电容器支路内串接串联电抗器的原因：变电所中只装一组电容器时,一般合闸涌流不大,当母线短路容量不大于80倍电容器组容量时,涌流将不会超过10倍电容器组额定电流;可以不装限制涌流的串联电抗器;由于现在系统中母线的短路容量普遍较大,且变电所内同时装设两组以上的并联电容器组的情况较多,并联电容器组投入运行时,所受到的合闸涌流值较大,因而,并联电容器组需串接串联电抗器;串联电抗器的另一个主要作用是当系统中含有高次谐波时,装设并联电容器装置后,电容器回路的容性阻抗会将原有高次谐波含量放大,使其超过允许值,这时应在电容器回路中串接串联电抗器,以改变电容器回路的阻抗参数,限制谐波的过分放大; 串联电抗器电抗率的选择对于纯粹用于限制涌流的目的,串联电抗器的电抗率可选择为0.1~1%即可;对于用于限制高次谐波放大的串联电抗器;其感抗值的选择应使在可能产生的任何谐波下,均使电容器回路的总电抗为感性而不是容性,从而消除了谐振的可能;电抗器的感抗值按下列计算：XL=K错误!式中XL——串联电抗器的感抗,Ω;XC——补偿电容器的工频容抗, Ω;K——可靠系数,一般取1.2~1.5;对于5次谐波而言,则X L =1.2~1.5×错误!=0.048 ~0.06XC一般定为0.045 ~0.06XC = 4.5 %~ 6 % XC对于3次谐波而言,则X L =12%~13% XC电抗器的端电压和容量的选择电抗器的端电压=电容器的相电压×电抗率每相电抗器的容量=每相电容器容量×电抗率电抗器的额定电压为并联电容器组的额定电压电抗器的种类：油浸铁心式：CKS或CKD, 可用于户内、户外;干式空心电抗器CKGKL,可用于户内、户外;干式铁心电抗器CKGSC,干式产品中体积最小,且三相同体,但目前无35kV级产品,只能用于户内;干式半心电抗器：直径比空心产品小,可用于户内、户外;并联电容器额定电压的选择由于串联电抗器的接入,引起电容器上的基波电压升高,其值为——电容器的额定电压相电压,kV;式中 UC——系统额定相电压, kV;UφA——串联电抗率对于并联电容器组接线方式为星形接线或双星形接线,电容器额定电压如下10kV： 6%串联电抗率,电容器额定相电压11/√3 kV12~13%串联电抗率,电容器额定相电压12/√3 kV35kV： 6%串联电抗率,电容器额定相电压38.5/√3 kV12~13%串联电抗率,电容器额定相电压42/√3 kV上述选择是在系统额定电压分别为10kV和35kV的情况下,如系统额定电压有所上升,则并联电容器的额定电压也相应升高;氧化锌避雷器的选择和使用氧化锌避雷器的接线方式Ⅰ型接线Ⅲ型接线特点：1. Ⅰ型接线方式：优点：比较简单,但对避雷器的特性要求高,当发生一相接地时,要求非接地的两只避雷器能通过三相电容器积蓄的能量;缺点：相间过电压保护水平较高,因为是由两只避雷器对地残压之和决定的;2. Ⅲ型接线避雷器直接并接在电容器极间,保护配合直接,不受其他因数的影响,但这种方式要求避雷器的通流容量比较大;选用原则：10kV：通流容量35kV：通流容量隔离开关、接地开关及隔离带接地开关的选择用途：隔离开关做隔离之用10kV：户内：GN19-10/400, 630,1250户外：GW4-10/400, 630,1250 或GW4-10W/630爬电比距≥2.5cm/kV GW1-10/400尽量少采用35 kV：户内：GN2-35/400, 630,1250户外：GW4-35/630,1250或GW4-35W/630爬电比距≥2.5cm/kV隔离开关做接地之用10kV：户内：GN19-10/400, 630,1250户外：GW4-10/400, 630,1250或GW4-10W/630爬电比距≥2.5cm/kVGW1-10/400,63035 kV：户内：GN2-35/400, 630,1250户外：GW4-35/630,1250或GW4-35W/630爬电比距≥2.5cm/kV隔离开关带接地10kV：户内：GN24-10D/400,630,1250户外：GW4-10D/400,630,1250或GW4-10DW/630爬电比距≥2.5cm/kV35 kV：户外：GW4-35D/630,1250或GW4-35DW/630爬电比距≥2.5cm/kV隔离开关额定电流的选择隔离开关的额定电流=电容器额定相电流×1.5,再适当加一些余度如果用户对动、热稳定电流有要求,则应首先满足动热稳定的要求放电线圈的选择放电线圈的放电容量＞每相电容器容量放电线圈的额定相电压=电容器的额定相电压放电线圈的种类：油浸式：价格较低,但由于用于绝缘的油同空气通过呼吸器相连,使绝缘油会由于呼吸的原因而受潮,同时产品内的绝缘油会对环境造成污染及存在火灾隐患;全封闭式：绝缘油与空气不直接接触,杜绝了绝缘油受潮的可能,但价格较高,同时产品内的绝缘油仍会对环境造成污染及存在火灾隐患;干式：彻底改变了绝缘种类,不会对环境造成污染,也不存在大的火灾隐患,但价格较高;且目前国内35kV级还没有此类产品;并联电容器单台用熔断器熔断器的额定电流=1.5×并联电容器额定电流并联电容器组接线种类单星形接线零序电压开口三角电压保护差动电压保护双星形接线中性点不平衡电流保护带容量抽头的并联电容器补偿装置近几年来,由于以下的原因,对集合式并联电容器提出了新的要求：用户新建变电所, 主变压器负荷小, 而无功补偿容量按满负荷配置, 全部投入时会发生过补偿的现象;周期性负荷变动,如农村电网当高峰及高峰过后需投入的电容器容量便不相同;带容量抽头的集合式并联电容器装置接线图1/2或1/3,2/3容量抽头接线图电抗器前置 1/2容量抽头接线图电抗器前置1/2或1/3,2/3容量抽头接线图电抗器后置 1/2容量抽头接线图电抗器后置电抗器需要抽头的原因：1．组架式高压并联电容器及无功补偿装置特点：构架组成灵活,但占地面积大;2．集合式并联电容器及成套补偿装置2．1 集合式并联电容器的优点：占地面积小,安装维护方便,可靠性高,运行费用省占地面积小：密集型并联电容器的安装占地面积约为组架式成套占地面积1/3~1/4,并且电容器单台容量越大,则占地面积与容量的比值就越小;安装维护方便：由于密封型电容器的台数少,电容器运到现场后,立即就可就位,比组架式成套安装工作量少,成套安装也较为简单,电容器台数少,电容器单元置于油箱内,巡视工作量小,减轻了运行人员的负担;可靠性高：由于对密集型采取了一些行之有效的措施：①采用元件串内熔丝后再并联的方式, 少数元件击穿后由于内熔丝熔断, 电容量变化不大, 电容器仍可继续运行;②适当降低元件工作场强,在绝缘上留有余度;③采用全膜介质,增强箱内外绝缘;从而提高了并联电容器的运行可靠性;自愈式并联电容器的自愈机理：普通金属化膜在介质疵点被击穿时,两极板间即短路放电产生电弧;在电弧高温作用下,击穿点周围的金属化极板补迅速蒸发,在击穿点周围的金属化极板被同时蒸发,在击穿点周围形成一个绝缘区;当绝缘区的半径达到一定尺寸时,电弧熄灭击穿停止,介质绝缘恢复,自愈过程即完成;自愈式并联电容器的特点：优点：体积小,重量轻,具有自愈性能,损耗小,在低压系统已得到广泛运用;缺点：自愈式电容器的金属化层的自愈性是有限的,电容器长期运行介质老化后,若某一点击穿并企图自愈时,因介电强度不够,不能迅速自愈,电弧产生的热量会引起该点邻近层介质发热,介电强度下降,从而发生击穿并企图自愈而又不能自愈;这样就引发邻近多层介质的企图自愈和击穿;击穿使电流增大,自愈使电流减小,结果电流在较长一段时间不会剧烈增加,若使用串联熔丝进行保护,熔丝不一定会熔断,而连续自愈和击穿产生的大量气体却使电容器外壳鼓肚,直到发生外壳爆裂事故;因此金属化自愈式电容器不能象箔式电容器那样使用串联熔丝作为防爆的安全保护,而要使用压力保护或热保护,此种保护方式的响应时间要比熔丝长,因而金属化并联电容器的保护性能不如箔式电容器液体介质为绝缘油的并联电容器;另外由于电容器本身的自愈作用,电容器的容量会随着时间的推移而有所减小,因而,金属化高压并联电容器在高电压领域的使用和推广还需要进一步努力;。

电容器保护1 概述在变电所的中、低压侧通常装设并联电容器组，以补偿系统无功功率的不足，从而提高电压质量，降低电能损耗，提高系统运行的稳定性。

并联电容器组可以接成星形，也可接成三角形。

在大容量的电容器组中，为限制高次谐波的放大作用，可在每组电容器组中串接一只小电抗器。

1.电容器组常见的故障和异常运行情况如下：（1）电容器组和断路器之间连接线的短路；（2）电容器内部极间短路；（3）电容器组中多台电容器故障；（4）电容器组过负荷；（5）电容器组的母线电压升高；（6）电容器组失压。

2. 电容器组应配置的如下的保护装置：（1）单台电容器应设置专用熔断器组不同接线方式不同的保护方式：星形接线的电容器组可采用开口三角形电压保护；多段串联的星形接线电容器组也可采用电压差动保护或桥式差电流保护；双星形接线的电容器组可采用中性线不平衡电压保护或不平衡电流保护；（2）对电容器组的过电流和内部连接线的短路，应设置过电流保护。

当有总断路器及分组断路器时，电流速断作用于总断路器跳闸；（3）电容器装置组设置母线过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

在设有自动投切装置时，可不另设过电压保护；（4）电容器组宜设置失压保护，当母线失压时自动将电容器组切除。

2 并联电容器组的通用保护单台并联电容器的最简单、有效的保护方式是采用熔断器。

这种保护简单、价廉、灵敏度高、选择性强，能迅速隔离故障电容器，保证其他完好的电容器继续运行。

但由于熔断器抗电容充电涌流的能力不佳，不适应自动化要求等原因，对于多台串并联的电容器组保护必须采用更加完善的继电保护方式。

上图为并联电容器组的主接线图。

电容器组通用保护方式有如下几种：（1）电抗器限流保护与电容器串联的电抗器，具有限制短路电流、防止电容器合闸时充电涌流及放电电流过大损坏电容器。

除此之外，电抗器还能限制对高次谐波的放大作用，防止高次谐波对电容器的损坏。

（2）避雷器的过压保护与电容器并联的避雷器用于吸收系统过电压的冲击波，防止系统过电压，损坏电容器。