电容器组不平衡电压保护动作原因分析 张清妍

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。

因此，当电容器组的三相电容量发生变化不一致时，就会产生不平衡电压，

引起保护动作。

2.2电容器组不平衡电压保护整定值错误

整定电压值按单台电容器(或电容器内小电容元件)切除、击穿后，故障相其余单台电容器所承受的电压(或电容器内小电容元件)不长期超过额定电压1.1倍的原则确定整定值，并且可靠躲过电容器组正常运行时的最大不平衡电压，其动作时

间为0.1～0.2s。当不平衡电压保护整定值偏小或者保护出口时间整定偏小时，均

会引起电容器组不平衡电压保护动作。

（1）不平衡电压保护整定值偏小

在实际运行过程中，电容器组的三相电容量并不是完全一样的，会存在一定

的误差，而且电力系统的三相电压数值也不是完全一样，因此，正常运行情况下

电容器组也会存在一定的不平衡电压。当电容器组不平衡电压保护整定值偏小时，有可能无法躲过正常运行时不平衡电压，发生电容器组不平衡电压保护动作。

（2）保护出口时间整定偏小

每一次电容器组的投切都会产生内部过电压，造成三相电压不平衡，称为“浪涌”现象。为了抑制“浪涌”现象，降低断路器投切电容器产生的过电压，通常会在

补偿装置中加装电抗器。当保护出口时间整定偏小时，由于无法躲过投切电容器

组造成的不平衡电压时间，使得电容器组不平衡电压保护动作。

2.3三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。

3案例分析

2019年11月4日，某变电站10kV1号电容器组不平衡电压保护动作。现场

检查10kV1号电容器开关已断开，电容器室内A相其中一只高压熔丝断裂，后台

机上事项信息显示“10kV1号电容器CSC221A不平衡动作，发出保护动作信号”。

保护人员首先对10kV1号电容器的保护定值进行检查，如表1所示。

表1 10kV1号电容器的保护定值

经检查，保护装置设定值正确，随后由单位试验人员对电容器进行检查试验，对熔丝断裂的电容器进行测试，名牌值为8.7μF，测试值为12μF，不符合标准，

随后对其进行了更换，试验结果如表2所示。

表2 10kV1号电容器三相电容量试验结果

10kV1号电容器更换后三相电容量试验结果合格，对其他一次设备进行测试，试验结果全部合格，得出结论，本次电容器不平衡电压保护动作的原因是A相中

的一只电容器内部发生极间短路。随后，运行人员将该组电容器投入运行，保护

未动作。

4结束语

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。

参考文献

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