電容器內(nèi)部故障保護(hù)

1、電容器內(nèi)部故障保護(hù)=保護(hù)配置一一鑒于不同產(chǎn)品、不同地域?qū)﹄娙萜鲀?nèi)部故障保護(hù)方式的選擇、應(yīng)用和認(rèn)知不盡相同，故在GB50227中的第6.1.1條款對此歸結(jié)為：“電容器故障保護(hù)方式應(yīng)根據(jù)各地 的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)配置”。=保護(hù)配置一一以電容器單臺容量的大小和電容器內(nèi)部的接線方式的區(qū)別來選擇主保護(hù)方式；以電容裝置的容量與電壓等級的區(qū)別來選擇電容器組的接線與不平衡保護(hù)方式。=后備保護(hù)一一應(yīng)考慮主保護(hù)失效后， 后備保護(hù)還能起作用。即當(dāng)外熔絲或內(nèi)熔絲失效 后，故障電容器進(jìn)入無內(nèi)外熔絲保護(hù)的故障狀態(tài)，后備保護(hù)能起作用。5不平衡保護(hù)作用應(yīng)充分發(fā)揮首先分析按保護(hù)配合整定的原則設(shè)置的不平衡保護(hù)在主保護(hù)外熔絲或內(nèi)熔絲失效后能

2、否 起到保護(hù)作用?以單星形開口三角電壓保護(hù)為例:與外熔絲配合整定值：II- 3 N ( B1 - 1 )U cedz - 1N vK lm (3 N - 2)與內(nèi)熔絲配合整定值：U=3N (B 2 - 1)Uce(dz - 2N v K lm 3N ( Mn - M + 1)- 2(),_3N(B2 - 1)U ce無內(nèi)外熔絲保護(hù)時整定值：dz - 3 = n v k lm 3 N(M - 1)+2(3例如 N=1、M=4、Uce = 11000/ .3、Nv=110、Km=1.2、Bi=1.1、n=4、B=1.2，可求得Nz-i=14.4V、Uz-2=0.78V、Udz-3=2.6V。可見，

3、Udz- 1 ?dz-3?Udz-2。其結(jié)果表明：當(dāng)內(nèi)熔絲保護(hù)失效時，不平衡保護(hù)可以起到保護(hù)作用；當(dāng)外熔絲失效時，在電容器內(nèi)部元件過電壓允許值范圍內(nèi)（即使是西安 ABB公司提出的允許B2=1.8，其時保護(hù)動作值UO=12.6V），是無法驅(qū)動不平衡保護(hù)動作，除非故障繼續(xù)發(fā)展，當(dāng)電容器內(nèi)部元件串聯(lián)段擊穿率超過50沏上時，保護(hù)才能動作。如何實(shí)現(xiàn)在電容器內(nèi)部元件串聯(lián)段全擊穿之前保護(hù)能動作跳閘？ 這是第 個問題。要提出第二個問題，為什么采用熔絲和后備保護(hù)齊全的大容量電容器組多有發(fā)生電容器外殼爆裂事故？究其事故發(fā)生與發(fā)展的原因是多層次的?，F(xiàn)在要研討的是如何保證電容器內(nèi) 部發(fā)生第1個串聯(lián)段擊穿短路時保護(hù)能可

4、靠動作跳閘？（1）不平衡保護(hù)采取兩段制配合整定一一采用外熔絲為主保護(hù)的電容器組對于采用繼電保護(hù)者，兩段制保護(hù)需各自設(shè)置保護(hù)用電壓或電流繼電器；對于采用微機(jī)保護(hù)者，則只需編程設(shè)置。以下討論第二段保護(hù)定值和保護(hù)動作時間由電容器內(nèi)部元件串聯(lián)段數(shù)（n）、擊穿短路段數(shù)（d）,計(jì)算串聯(lián)段擊穿率（B）和估算 剩余元件過電壓倍數(shù)（B）:b = d（4）nB 二亠（5）n - d通常B不超過0.5，即B不超過2倍。然后由表1所列算式計(jì)算不平衡保護(hù)第二段整定值。表1不平衡保護(hù)第二段整定算式接線與保護(hù)方式不 平 衡 保 護(hù) 第 二 段 整 定 算 式U=3N (B - 1)J ee單星形開口三角電壓保護(hù)dZ NvK

5、m3N(M - 1)+2U =3N(B-1)lee(6)單星形相電壓差動保護(hù)dZNvKim3N(M - 1)+2,_3M(B-1)lee(7)單星形橋式差電流保護(hù)lZ NlKm3N(M - 1)+4 ,_3M (B- 1)lee(8)雙星形中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)lZNKm6N(M - 1) + 5(9)保護(hù)第二段動作時間應(yīng)與熔斷器動作時間配合，一般取60s左右。（2）不平衡保護(hù)的靈敏度是靠電容均衡來保證一一采用內(nèi)熔絲為主保護(hù)的電容器組不平衡保護(hù)是建立在主電路在正常狀態(tài)下電參數(shù)均衡的基礎(chǔ)上，電容搭配均衡程度是影響保護(hù)靈敏度和可靠性的最主要因素?，F(xiàn)行國標(biāo)GB50227-95和行標(biāo)DL/T604-19

6、96等規(guī)定三相電容器組的任何兩線路端子之間、 各串聯(lián)段之間的最大與最小電容之比不超過1.02。如電容器組相間Cmax = 1.02，可推算開口三角電壓保護(hù)的起始不平衡電壓（UP）可能C min達(dá)到2沁容器組額定相電壓（UCx），即Up=0.02UCx；中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)起始不平衡電流（I p）， 可能達(dá)到1%電容器組額定電流（lex）,即時lp=0.01lcx。為了避免保護(hù)發(fā)生誤動作，通常要求：Ldz> 1.5UP=0.03UCx; ldz> 1.5lp=0.015lex。這對于保護(hù)與外熔絲配合整定是不成問題，但對于保護(hù)與內(nèi)熔絲配合整定，乃至對于無內(nèi)外熔絲時 保護(hù)整定往往遇到困難

7、。以開口三角電壓保護(hù)為例，從算式（2）、（ 3）可見，隨著電容器組容量的增大（M N增 大）和電容器內(nèi)部元件串聯(lián)段數(shù)（n）的增加，保護(hù)與內(nèi)熔絲配合整定值（ldz-2），以及無內(nèi)外熔絲時保護(hù)定值（Udz-3）將大幅度減少。以不同的M N、n、R的組合，以及取Km=1.2、M=1（保護(hù)一次側(cè)定值）時，整定值計(jì)算結(jié)果如表 2所示。表2不同參數(shù)組合時的保護(hù)整定值UCxMNnB2Udz-2Udz-3MNnB2Udz-2Udz-32131.20.0380.1004131.20.0200.0452131.50.0960.2504131.50.0500.1132141.20.0260.1004141.20.0

8、140.0452141.50.0660.2504141.50.0340.1132231.20.0170.0634231.20.0100.0252231.50.0450.1564231.50.0240.0632241.20.0130.0634241.20.0060.0252241.50.0310.1564241.50.0160.0632331.20.0120.0454331.20.0060.0172331.50.0290.1144331.50.0160.0432341.20.0080.0454341.20.0040.0172341.50.0200.1144341.50.0110.0432431.

9、20.0090.0364431.20.0050.0132431.50.0210.0894431.50.0120.0332441.20.0060.0364441.20.0030.0132441.50.0150.0894441.50.0080.033注：Ucx 電容器組額定相電壓，Ux=NQ。通過對表2所列數(shù)所列數(shù)據(jù)的比對分析后，可得出Udz-2與M N的近似關(guān)系，如以M=1 （N、n、B相同）時U鹽=2為基數(shù)，或以M=1（ N n、B相同）時的U dZ=2為基數(shù)，則M=M或N=N的m=mn =n保護(hù)定值（U dz-2、U dz- 2)可用如下算式近似估算：M =MM =1 ,U dz-2=U d

10、z- 2 / M（10）N =NU dz-2= Udj；/N（11）可見，隨著N的增大，Udz-2隨之減小，故要求保護(hù)起始不平衡值，亦作相應(yīng)減小。如以上述N=1U N = nN=1時U p作為基數(shù)，則要求N=N時，U p應(yīng)符合如下要求：（U N=1 uN=n p N由此可推導(dǎo)出電容器組相間最大與最小電容之比與開口三角電壓起始不平衡電壓，以及與電容器組串聯(lián)段數(shù)關(guān)系如表3所示。表3電容器組不同串聯(lián)段數(shù)對電容均衡程度的要求NC maxUPLdz> K</LPC min11.020.02 UCx> 0.03 UCx21.010.01 UCx> 0.015 UCx31.0070.

11、007 Ux> 0.0105UCx41.0050.005 Ux> 0.0075 UCx鑒于其它不平衡保護(hù)方式的定值與開口三角電壓保護(hù)一樣，亦有隨著電容器組串聯(lián)段數(shù)增加而遞減的變化規(guī)律，表3所列的電容均衡程度的要求亦同樣適用5內(nèi)熔絲+外熔絲組合保護(hù)模式不應(yīng)一概否定雖然沿用10多年的內(nèi)熔絲+外熔絲組合保護(hù)模式，迄今有持否定者，亦有持肯定者。對于被肯定的技術(shù)措施（詳見調(diào)網(wǎng)1996136號文關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)“并聯(lián)電容器運(yùn)行情況通報”的通知）, 應(yīng)全面總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。以往有個說法，“內(nèi)外熔絲同時使用是危險的，后來在大容量電容器組的外熔絲曾經(jīng)頻繁 發(fā)生誤動，認(rèn)為有害無利；最近主張取消使用外熔絲的理由是內(nèi)

12、熔絲動作切除故障元件以后， 外熔絲靈敏度降低不起作用。等等。對于現(xiàn)有那么多內(nèi)外熔絲同時使用的電容裝置和今后保 護(hù)配置能否繼續(xù)使用這種模式而言，都是值得研討的。運(yùn)行實(shí)踐證明，“危險說”的不存在的。因?yàn)閮?nèi)外熔絲同時使用并不影響各自的功能與性 能。外熔絲作為后備保護(hù)，它的作用：一是消除內(nèi)熔絲保護(hù)保護(hù)的死區(qū)；二是當(dāng)內(nèi)熔絲失效 時（即內(nèi)熔絲未能切除故障元件而引起電容器內(nèi)部 1個或1個串聯(lián)段短路），外熔絲動作切除 故障電容器。對于電容器內(nèi)部引線之間短路或套管閃絡(luò)由外熔絲保護(hù)起作用是不言而喻的。對于第2個保護(hù)作用，可換言之，一旦內(nèi)熔絲失效，電容器內(nèi)部就會發(fā)生部分或全部串聯(lián)段擊穿短路， 如同無內(nèi)熔絲電容器的內(nèi)

13、部故障狀態(tài)，外熔絲按其故障發(fā)展過程，或開斷小容性電流，或開 斷放電電流，或開斷大容性電流。故對其性能要求與普通外熔絲并無原則差別。至于細(xì)細(xì)推敲可能遇到不同的外部條件或者電容器內(nèi)部出現(xiàn)并發(fā)的故障狀態(tài)，對外熔絲保護(hù)靈敏度產(chǎn)生影響。其一，由于內(nèi)熔絲失效引發(fā)電容器內(nèi)部部分串聯(lián)段短路，又逢健全串聯(lián)段中的內(nèi)熔絲切 除故障元件，使外熔絲保護(hù)靈敏度稍有降低；其二，由于電容器裝置不同容量要求或者保護(hù)配合的需要，對電容器內(nèi)外接線方式有不 同要求，對外熔絲保護(hù)靈敏度產(chǎn)生不同影響（見表 4）。表4電容器內(nèi)外不同接線方式對保護(hù)靈敏度影響主保護(hù)后備保護(hù)外部接線內(nèi)部接線不平衡保護(hù)靈敏度外熔絲保護(hù)靈敏度內(nèi)熔絲不平衡保護(hù)+外熔

14、絲n Jt一段配合一外熔絲不平衡保護(hù)Mtnt二段配合Jt以兩件事說明只要各方重視，認(rèn)真對待外熔絲的誤動拒動是可以解決的。以兩個案例說明內(nèi)外熔絲同時使用，外熔絲起到保護(hù)作用。從兩個案例中得到啟示，為 了在電容器內(nèi)部故障和外部非正常工作狀態(tài)下，提高外熔絲保護(hù)靈敏度，可適當(dāng)降低其耐受 涌流的頻率與幅值。5過流保護(hù)應(yīng)得到重視過流保護(hù)作用，早期認(rèn)識只是相同故障保護(hù)；現(xiàn)在認(rèn)識，它既是相間故障保護(hù)，又是電容內(nèi)部故障的后備保護(hù)。其作用是在外熔絲或內(nèi)熔絲失效時，起到后備保護(hù)作用（有案例證明）電容器組的過流保護(hù)是必須裝設(shè)的保護(hù)，而不是“可”或“宜”裝設(shè) 當(dāng)電容器內(nèi)部發(fā)生故障時，單星形接線電容器組故障相電流 Ig-

15、仁1 -_3NM - b(M - 1)|IG-1 =-3MN - b(3MN - 3N + 2)cn(13)當(dāng)電容器內(nèi)部發(fā)生故障時，雙星形接線電容器組故障相電流I G-2：132MN - b(2MN - 2N +1),1 G - 2-6MN - b(6 MN - 6N +5) cn(14)為了直觀說明電容器內(nèi)部元件串聯(lián)段擊穿率（B）和電容器組接線方式（串聯(lián)段數(shù) N 并聯(lián)臺數(shù)M雙星形為每臂并聯(lián)臺數(shù)）對故障相電流的影響，將若干算例列入表 5。其中，I 為電容器組額定電流。表5故障相電流的若干算例接線方式MNI G-1I G-2單星形410.671.28 I cn?單星形710.751.25 I cn?單星形220.751.25 I cn?單星形*211.5 I cn?單星形*311.28 I cn?單星形*411.2 I cn?雙星形*21?1.28 I cn