电容器内部故障保护

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231311--=-N K N U B N U lm v ce

dz ()()[]

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-+--=-M Mn N K N U B N U lm v ce

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2131323+--=-M N K N U B N U lm v ce

dz 3

/11000=ce U 231---ñññdz dz dz U U U 电容器内部故障保护

= 保护配置——鉴于不同产品、不同地域对电容器内部故障保护方式的选择、应用和认知不尽相同，故在GB50227中的第6.1.1条款对此归结为：“电容器故障保护方式应根据各地的实践经验配置”。

= 保护配置——以电容器单台容量的大小和电容器内部的接线方式的区别来选择主保护方式；以电容装置的容量与电压等级的区别来选择电容器组的接线与不平衡保护方式。

= 后备保护——应考虑主保护失效后，后备保护还能起作用。即当外熔丝或内熔丝失效后，故障电容器进入无内外熔丝保护的故障状态，后备保护能起作用。

5 不平衡保护作用应充分发挥

首先分析按保护配合整定的原则设置的不平衡保护在主保护外熔丝或内熔丝失效后能否起到保护作用？

以单星形开口三角电压保护为例：

与外熔丝配合整定值： （1）

与内熔丝配合整定值： （2） 无内外熔丝保护时整定值： （3） 例如N =1、M =4、 V 、N v=110、K lm =1.2、B 1=1.1、n=4、B 2=1.2，可求得N dz-1=14.4V、U dz-2=0.78V、U dz-3=2.6V 。可见， 。其结果表明：当内熔丝保护

失效时，不平衡保护可以起到保护作用；当外熔丝失效时，在电容器内部元件过电压允许值范围内（即使是西安ABB 公司提出的允许B 2=1.8，其时保护动作值U o=12.6V），是无法驱动不平衡保护动作，除非故障继续发展，当电容器内部元件串联段击穿率超过50%以上时，保护才能动作。如何实现在电容器内部元件串联段全击穿之前保护能动作跳闸？——这是第一个问题。

要提出第二个问题，为什么采用熔丝和后备保护齐全的大容量电容器组多有发生电容器外壳爆裂事故？究其事故发生与发展的原因是多层次的。现在要研讨的是如何保证电容器内部发生第1个串联段击穿短路时保护能可靠动作跳闸？

（1）不平衡保护采取两段制配合整定——采用外熔丝为主保护的电容器组

对于采用继电保护者，两段制保护需各自设置保护用电压或电流继电器；对于采用微机

n

d =

b d

n n

B -=

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21313+--=M N K N U B N U lm v ce dz ()()[]41313+--=M N K N I B M I lm I ce dz ()()[]

51613+--=

M N K N I B M I lm I ce

dz 02

.1min

max

=C C 保护者，则只需编程设置。以下讨论第二段保护定值和保护动作时间。

由电容器内部元件串联段数（n）、击穿短路段数（d），计算串联段击穿率（β）和估算剩余元件过电压倍数（B）：

（4）

（5）

通常β不超过0.5，即B 不超过2倍。然后由表1所列算式计算不平衡保护第二段整定值。

表1 不平衡保护第二段整定算式

接 线 与 保 护 方 式 不 平 衡 保 护 第 二 段 整 定 算 式

单星形开口三角电压保护 （6） 单星形相电压差动保护 （7） 单星形桥式差电流保护 （8） 双星形中性点不平衡电流保护

（9）

保护第二段动作时间应与熔断器动作时间配合，一般取60s 左右。

（2）不平衡保护的灵敏度是靠电容均衡来保证——采用内熔丝为主保护的电容器组 不平衡保护是建立在主电路在正常状态下电参数均衡的基础上，电容搭配均衡程度是影响保护灵敏度和可靠性的最主要因素。

现行国标GB50227-95和行标DL/T604-1996等规定三相电容器组的任何两线路端子之间、各串联段之间的最大与最小电容之比不超过1.02。

如电容器组相间 ，可推算开口三角电压保护的起始不平衡电压（U p ）可能达到2%电容器组额定相电压（U cx ），即Up=0.02U cx ；中性点不平衡电流保护起始不平衡电流（I p ），

可能达到1%电容器组额定电流（I cx ），即时I p =0.01I cx 。

为了避免保护发生误动作，通常要求：U dz ≥1.5U p =0.03U cx ；I dz ≥1.5I p =0.015I cx 。这对于保护与外熔丝配合整定是不成问题，但对于保护与内熔丝配合整定，乃至对于无内外熔丝时保护整定往往遇到困难。

以开口三角电压保护为例，从算式（2）、（3）可见，随着电容器组容量的增大（M、N 增大）和电容器内部元件串联段数（n）的增加，保护与内熔丝配合整定值（U dz-2），以及无内外

12=-M dz U 1

2=-N dz U M M dz U =-2N

N dz U =-21=N p U N N p U =M U U M dz M M dz /1

22=-=-=N

U U N dz N N dz /122=-=-=熔丝时保护定值（U dz-3）将大幅度减少。以不同的M 、N 、n、B 2的组合，以及取K lm =1.2、N v =1（保护一次侧定值）时，整定值计算结果如表2所示。

表2 不同参数组合时的保护整定值 U cx

M N n B 2 U dz-2 U dz-3 M N n B 2 U dz-2 U dz-3

2 1

3 1.2 0.038 0.100

4 1 3 1.2 0.020 0.04

5 2 1 3 1.5 0.09

6 0.250 4 1 3 1.5 0.050 0.113 2 1 4 1.2 0.026 0.100 4 1 4 1.2 0.014 0.045 2 1 4 1.5 0.066 0.250 4 1 4 1.5 0.034 0.113 2 2 3 1.2 0.01

7 0.063 4 2 3 1.2 0.010 0.025 2 2 3 1.5 0.045 0.156 4 2 3 1.5 0.024 0.063 2 2 4 1.2 0.013 0.063 4 2 4 1.2 0.006 0.025 2 2 4 1.5 0.031 0.156 4 2 4 1.5 0.016 0.063 2 3 3 1.2 0.012 0.045 4 3 3 1.2 0.006 0.017 2 3 3 1.5 0.029 0.114 4 3 3 1.5 0.016 0.043 2 3 4 1.2 0.00

8 0.045 4 3 4 1.2 0.004 0.017 2 3 4 1.5 0.020 0.114 4 3 4 1.5 0.011 0.043 2 4 3 1.2 0.00

9 0.036 4 4 3 1.2 0.005 0.013 2 4 3 1.5 0.021 0.089 4 4 3 1.5 0.012 0.033 2 4 4 1.2 0.006 0.036 4 4 4 1.2 0.003 0.013 2

4

4

1.5 0.015 0.089

4

4

4

1.5 0.008 0.033

注：U cx —— 电容器组额定相电压，U cx =NU ce 。

通过对表2所列数所列数据的比对分析后，可得出U dz-2与M 、N 的近似关系，如以M =1（N 、

n、B 2相同）时 为基数，或以M =1（N 、n、B 2相同）时的 为基数，则M=M 或N=N 的

保护定值（ 、 ）可用如下算式近似估算：

（10） （11）

可见，随着N 的增大，U dz-2随之减小，故要求保护起始不平衡值，亦作相应减小。如以上述

N=1时 作为基数，则要求N=N 时， 应符合如下要求：