并联电容器组不平衡保护初始值的估算

摘要：通过对开口三角电压保护信号初始值大小的估算、分析，对并联电容器组不平衡保护的安全性进行探讨，提出了并联电容器组内部故障不平衡保护初始不平衡测量值估算式。

关键词：不平衡保护；初始值；安全性

1概述

文献［1］对保护的可靠性做出了明确的界定：“指保护装置该动作时应动作，不该动作时不误动作。前者为信赖性，后者为安全性。”

传统的不平衡保护(以下简称保护)主要用于无内熔丝高压并联电容器组内部元件故障，常和单台并联电容器保护用熔断器共同组成并联电容器组内部故障的主保护。随着内熔丝技术的发展，大量的并联电容器装置，尤其是集合式并联电容器装置单元内部采用了内熔丝结构。传统的保护整定原则已经不能适应，而且要求检测的故障范围及响应的信号越来越小，与保护信号初始值有可能重叠。不受保护初始值影响的继电器整定值下限是多少？哪些一次串并联接线方式不能采用开口三角电压保护?是并联补偿工程技术人员应当关注的问题。

为了确定保护的安全性，必须首先对保护信号初始值大小进行估算、分析。本文以开口三角电压保护为例进行分析，其余不平衡保护的分析类同。

2 保护分析的约定条件

本文所讨论的保护是基于如下假设：

a)中性点不接地高压并联电容器组；

b)中性点不直接接地系统；

c)电磁式继电保护；

d)内熔丝并联电容器；

3哪些干扰影响最大?

关于影响开口三角电压保护的因素，文献［3］认为“电压不平衡的影响是这种保护的缺点”，文献［2］认为“这种保护方式的优点是不受系统接地故障和系统电压不平衡的影响，也不受三次谐波的影响”。究竟有多少因数影响着保护初始值，哪些因数的影响不可忽略从下面列出的保护初始值估算式可清晰地看出

(推导详见附录A)。开口三角电压：

上述各式均可认为由两部分组成：前一部分为系统影响因数K S，它由三项因数组成：第一项为系统电压偏差的影响；第二项为系统谐波电压含量的影响；第三项为系统电压不平衡的影响；后一部分是电容器三相阻抗偏差及测量单元误差的影响因数。

4干扰信号有多大?

为了便于对保护最大初始值UΔbp进行估算，式(1)可以变形为：

式(5)中U1为基波电压；U H／U1为谐波电压总畸变率，GB/T-14549-1993规定10kV系统不超过4%；U A2／U A1为电压不平衡度，GB/T-15543-1995规定：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为=2% ，短时不得超过4%；假设测量单元精度δ=1，并有ΔU b=-ΔU a=-δ,ΔU ab=2δ；假设并联电容器相间电容偏差按2%控制，近似ΔZ ab*=2；按U1选取测量单元一次额定电压U n,则：

从上面的结果可看到正常谐波电压总畸变率和电压不平衡度对UΔbp的影响不

大(异常状态下仍可能产生较大影响)，影响UΔbp的主要因素取决于并联电容器相间阻抗偏差和测量单元精度及测量单元精度间的差值。为了使初始不平衡值控制在尽可能小的范围，既要要求并联电容器相间阻抗偏差尽可能小，也要要求提高测量单元精度(例如到0.5级)并保证三相测量单元的误差特性曲线相近。理论上，满足了这些要求就可以使初始不平衡值趋于零。其实，由于产品制造的分散性以及产品运行状态的不同，这些要求又很难同时满足。

5 筑起抵御干扰的“防火墙”

为了保证保护的安全性，即在“不该动作时不误动作”，通常要对开口电压

保护继电器整定值进行初始不平衡校验。

文献［3］曾指出：正常情况下，初始不平衡不应超过继电器整定值的10%。根

据式(6)的结果，保护最小整定值应在4V以上取值，这对大多数的并联电容器组内部故障保护都是难以接受的。

按国内保护整定的一般作法，对于保护继电器整定值U dz.J，通常

U dz.J≥K K UΔbp (7)

其中ＫＫ是计及不可预见因数而引进的可靠系数，可按1.3～1.5考虑。

根据式(6)的结果，令K K＝1.5则有：

U dz.J＝6.28V

如果测量单元精度选择0.5级，并令KＫ＝1.3则有：

U dz.J＝4.07V

6 结束语

6.1 电容器组初始的三相阻抗不平衡、三相测量单元间的偏差以及系统电压不对称是影响不平衡保护初始值的主要因素。系统谐波的影响相对较小。

6.2 提高测量单元精度(例如到0.5级)并保证三相测量单元的误差特性曲线相近是降低保护初始值、提高保护安全性的有效措施之一。

6.3开口三角电压保护继电器整定值低于4V，并联电容器装置有可能误动作。

参考文献

［1］ GB50062-1992 电力装置的继电保护和自动装置设计规范［S］

［2］ GB50227-1995 并联电容器装置设计规范［S］

［3］ IEC TC33-149 并联电容器及并联电容器组保护导则 (征求意见稿)［S］［4］林海雪. 电力系统的三相不平衡［M］, 北京：中国电力出版社，1998

附录A：并联电容器组继电保护初始不平衡测量值估算式的推导

1 基本条件

考虑一般情况，系统不对称电压为U A、U B、U C。

对于中性点不接地的不平衡电容器组(假设不串电抗器)，电容器组每相阻抗为Z a、Z b、Z c,并且Z b=Z c，每相电容为C a、C b、C c，并且C b=C c，各相不对称电压为：

将A(2)代入A(1)式可得电容器组相电压序分量表示为：

2开口三角电压

设测量单元的偏差百分数分别为ΔU a、ΔU b、ΔU c；测量单元的变比可以表示为n a=U n/(100+ΔU a)，n b =n c=U n/(100+ΔU b )。

开口三角电压测量值为：

3中性线电流不平衡

设M0为(电容偏差较大)一臂并联支路(或台数)，M为两臂总并联支路(或台数)；单元额定电流为In；电流互感器变比为n l=I ln／(5+ΔI0)，其中I ln为电流互感器一次额定电流、ΔI0为电流互感器的偏差百分数，中性线电流不平衡测量值为：

4相电压差动