并联电容器组的过电压保护(2)

1999卑 并联电喜嚣组的过电压保护 并联电窨器组酗边电压保护 福建省连江县电力公司 陈建聪 西门子公司福州办事处林 宁 福州华达电器公司 邹幕震 本文着重介绍：并联电容器组承受的各 种过电压．保护并联电容器组的金属化物避 冒器的技术特性，MOA的接线和参数 的选择抑制过电压的其它措施等问，供有 关单位参考。 一并联电窖器组承受的过电压 并联电容器组的过电压问题，主要考虑 操作过电压，因为对电容器组来讲大气过电 压遭受雷击的机率很小，雷电波在大电容的 影响下，陡度较小，减小了对绝缘的危害，常 见的操作过电压主要有以下几个方面： l 电容器分闸时，弧燃引起的过电压 电容器组的操作过电压大多是由于在 断路器分闸时电弧重燃所引起，单相重燃 时，在电容器组不接地中性点上，产生中性 点对地过电压。此过电压与其它相电容上的 电压叠加，形成更高的极对地过电压，据华 北地区统计，用ZNIO真空断路器投切 8000kvar电容器组时，重燃率达10％，过电 压最高可达5U。，分闸时还会产生两相重击 穿和一次操作多次重击穿引起的操作过电 压，但机率均较小，在电源侧有单相接地故 障时产生的单相重击穿过电压远高于无接 她情况。安装了串联电抗器电容器组，由于 电容器端电压的升高．使操作过电压相应提 高。 2电容器合闸引起的过电压 (1)合闸时电容器授问过电压：未充电 的电容器合闸时，极间过电压的最大值不会 超过其额定电压峰值的2倍．如果电容器处 于充电状态，而充电电压与系统电压大小相 等，极性相反时，台闸时的极问过电压可能 达到3倍。 (2)由于真空断路器触头的弹跳引起的 过电压：台闸时，真空断路器触头的弹端将 出现电弧断开又接通的重复过程，过电压可 能达到2．8～3倍，对电容器绝缘有危害。 (3)非同期合闸引趋的过电压：断路器 非同期合闸时，可能出现其中一相先合闸使 电容器充电，而其它两相接通时，也会遇到 大小相近极性相反的工况。可能发生高于2 倍的过电压。 3 电容器合闸或分闸引起的远方放大过电 压 电容器合闸引起远方变电站中产生的 相问过电压放大，在国际大电网会议中已成 为热门话题，据统计7台变压器的损坏与离 变压器3．3km以内的并联电容器合鹇有 关，其原因是由于电容器合闸瞬问，在输电 86 电力电容器学会集 1999年 线路上注入一个阶跃电压波的反射所引起， 在线路未端两相对地电压可能达到3．5倍， 由于两相的电压渡极性相反，相与相之闻的 电压可能达到6．5倍，这一l可题在国内尚未 引起注意． 电容器分闸过程发生电弧重燃时，过电 压渡也会沿着输电线路传播，在辐射状线路 的未螭，经过反射再反射的作用，将过电压 渡放大，对末端变电站中的电气设备造成危 害，例如我国1978年淮南电业局某变电站 35kV，9400kval"电容器组用DW8--35。断 路器分闸时，使相距5kin的另一变电站的 户内穿墙套管和开关的支拄绝缘子发生7 次相间闪络和多次对迪闪络的事故，曾测得 装设电容器的变电站在电容器组分闸时，电 容嚣母线C相对地过电压为2．69U·，而相 距5kin的变电站中C相对地过电压高达 5．2U．，过电压放大了1．93倍，1983年丹东 电业局某变电站的66kV，20000kvar的电 容器组用SW2--60T断路器分闸时，多处 远方变电站因过电压造成避雷器动作，最远 的距离达56km。 4电容与电感的谐波匹配引起的谐振过电 压 例如：(1)电容器组与变压器同时合闸， 由于变压器合闸涌流的谐波影响，其中某次 谐波可能与电容器发生串联谐振，产生倍数 很高的动态过电压，时间上可持续数周渡， 甚至几秒钟}(2)空载变压器母线上投人电 容器时，电容器合闸蒲流中的谐波分量也产 生动态过电压；(3)如电容器组选用中性点 接地的电压互感器作为放电线匿，当电容器 开断时，储存在互感器，线圈内的电磁能将 释放出来，通过中性点与母线和电容器外壳 的对地电容回路，产生振荡，在断路器的相 对地和断171闻产生很高的过电压。 5电容器组的其它过电压 主要指电容器组运行中曾发生的并非 由于断路器分合闸产生的操作过电压，例 如：配电线路断线接地或配电线路连续放电 产生的过电压，配电变压器绕组引出线烧断 放电引起非故障相变压器绕组的电感和电 容器组的电容形成的振荡回路产生的铁磁 谐振过电压等都有可能对电容器组的绝缘 造成危害。 二保护并联电容器组的金属氯化物避雷 器的技术特性 交流无间隙金属氧化物避售器(MOV) 是用金属氧化物非线性电阻(MOV，叉称氧 化锌阀片)作为唯一工作元件的避雷器， MOv以Zno为主体，约占90％，添加少量 其它金属氧化物后经混合压制，高温焙烧而 成。由于MoV的非线性伏安特性非常好， 即使当通过电流的变化达6个数量级时， 而电压也只变动50％～60％左右，因此在 过电压情况下，尽管通过MOA的电流数值 很大．而能做到保持较低的符合要求的残压 值，MOA的伏安特性曲线见图1．当过电压 过去以后在系统工作电压作用下，MOV呈 高电阻状态，将工频电流限制到鼓十微安， 相当于绝缘状态，可持续运行，由于MOV 没有间隙，在雷电过电压、操作过电压、暂时 过电压和长期的工频电压作用下，都有相应 的电流通过MoA。 19盼摹 并联电軎墨组的过电压慑护 } 曼 田 锄 田l MoA的工作特性与传统的硪化硅闺型避置嚣对比。其显著差别是：(1)MOA的保护水 平R取决于残压，(2)MOA无_灭弧问题，其可靠性主要取决于热平衡I(3)MOA除承受■电 和操作过电压的负载外．还承受暂时过电压和系统工作电压的负载，按照蜃采 GBll032--89(交流无同骧金属氯化物避雷器’的有关规定，保护并联电容器组的MOA其 主要拄术特性分述如下： 1 MOA黻定电压和持续运行电压见表1． 裹1 系统额定电压(kV)MOA鞭定电压(kV)MOA持续运行电压 3 3．8 2．0 6 7．6 4．O 10 12．7 6．6 35 42 23．7 63 69 40 2在直流参考电流下贳出MOA上的电压称为直流参考电压 GBll032--89推荐的参考电流为imA．而U。l^为lmA时的直流参考电压标称放鸯魅毫* 流5kA'等级的残压和直流lmA参考电压标称敬电电流5kA等级的MOA在置龟冲击电蕞。毫量 下的残压．操作过电压下的残压和Ut一的数值见裘2． 一’j ～鑫≤詈。 88 电力电容嚣举会论文集 19始年 表2 MOA藕定电压kV雷电冲击电流下的 操作冲击电流下的 直流ImA参考 (有效值) 残压(峰值)kV≤残压(峰值)kV≤ 电压kV≥ 3．8 13．5 10．5 6．9 7．6 27 20．8 13：8 12+7 45 35 23 42 134 105 77 69 224 176 117 3工撷耐压标准和耐受各种冲击电流的能力，标称放电电流5kA的MOA，其工颇耐 压标准和耐受各种冲击电流的能力标准见表3。 裹3 技术参敷 单位 标准值 MOA额定电压(有效值) kV 3．8～69 工麓电压耐受倍敷 1．2 l 工频电压耐受时间 H 2 24 糠作冲击电流残压试验电流值(峰值) A 500 方连电流冲击耐受能力(峰值) A 400 耐受大电流冲击的能力4／lOfls波形，2次kA 40 4电容器MOA方渡遁流容量与电容器组容量的关系 ． 接机械行业标准jB／T5894，保护并联电容器的MOA方渡通流窑t与电容器缎窑量的 对应值见表4．表4中接线方式{、I见图2。 裹4 系统颇定电压 kV 3 6 10 35 63 电容器蛆容量 kvar 2500 4500 75002000040000 接残方案I 300 300 400 500 600 方波通流客量A 接战方案l 1000 900 900 700 800 鼍嘲rk陬h} 1999簟 并联电容嚣姐的过电压像护 L L L (a)方隶I 5 MOA产品的型号 (b)方案I (c)方囊I 图2 MOA与电容器组的传漉接线方隶 C 三MOA保护电窖器组的接线方案 90年代初以前MOA保护电容器组的 传统接线方案，见图2，在编制国家标准 GB50227--95时，有关单位根据运行 提出不步新接线方案，对传统方案有较大的 突破，试验研究结果表明I电源俩有单相接 地时单相重击穿，对电容器的极间电压无影 响，两相重击穿时的过电压也不受单相接地 的影响，以此作为确定避霄器参数的依据， GB50227--95推荐的四种接线方案觅图3。 l中性点避雷器接线方案 由相对地接线方式运行实践中曾发生 过多次相对地MOA的爆炸事故，东北电力 试验研究院和武汉高压研究所都提出了中 性点避雷器的接线方案，见图3(a)，该方案 寰录) 已为GB50227—95所接受，作为首选的方 案，其优点是：(1)只用1只避雷器，费用最 省，(2)正常运行时，中性点MOA的荷电率 击穿'这种接线方案难于满t三二警。。。 薹二‘矗鲞—薹彦螽毒：。占茹￡誊 雾 ：。 篚 电力电喜曩学会论支囊 19盼年 求． 2相对地遘冒嚣接线方案 串联电抗嚣装于中性点翻时电舔侧时， 备相对地分别装叠■嚣的接线，见田3(b)， 如串联电抗器装于电源舅。列接线如图2 (a)所示，这种接线方案比较简单，可限期单 相重曩时的相对地过电压和电容嚣组中性 C L 点过电压，FV。的持续运行电压接系统量高 相电压选择，该方案对避冒器的特性蔓求 高，当发生一相接地时，要求非接地相的两 台避重器托通过三相电容器积累的过电压 髓量，另外相问过电压的水平是由两其避■ 器对地残压之和来决定的． 田3GB50227--95推荐的方案 (a)中性^避t器接践(b)相对地避雷暑棱残 (c)建t暑与屯托；并联连接和中性点避t嚣接残 (d)避雷嚣与电客蓦并联连接和中性点避雷暮接践 3四只MoA的接线方案 滔试魏据说明，开断电容羹组时，如断 路嚣发生两耜重击穿，电窨嚣的极阃过电压 可达2．87U-置以上，超过了电窖器相间绝 馨水平，曩标GB50227—95。推荐选用以下 两种方寨I(1)差■嚣与电抗器并联连接各 中性赢蠢■嚣的接缱方案，霓图3(c)l(2) 羹t嚣与电窖嚣蛆并联连接和中性点避雷 ■的接线方案。见圉3(d>，如串联电抗器装 予电磊舅，眉采用圈2(c)的接线，该方案具 有同时考虐相嘲和对矩两方面的保护目的， 对限■过电压较为有利，当发生一相接地 时。鼍■嚣嚷收的蕾量比相对地鼍t嚣的方 搴要相对骺璧． Fv ， 四滴藏引起的过电压使电骞■回路中毫 菠互窿嚣的绝缘击穿 电容器组合闱过程中可能出现致值钷 大的高预涌漉，涌藏倍敦B和鞭事倍敦7可 分别从(】)式和(2)式算出： p一毫一·+√是 (1) 忙争一√基 ∞ 式中；P．一电容器组母线的短路容量， MVAl Q一电容器短容量，Mvar； 1999燕 并联电容嚣组的过电压保护 91 l。～舍闸涌流，A； k一电容器组额定电流，A； f，j一涌流频率，Hz； f一额定频率，Hz； 另外，电容器组从电源上切断过程中， 如断路器发生多相重燃，也会产生数值很大 的涌流值，断路器两相重燃时的涌流倍数 为： 厅 陋1+2√最 ‘3) 若发生二次重燃，则涌流倍数为： 0／-5- 陋1+4√迁 (4) 在电容器维的开合过程中曾多次发生 由于涌流引起的过电压使电流互感器的一 次或=次绝缘击穿事故，设电流互感器一次 线圈的电感值为L，由于电容器组的台闸涌 流数值大，频率高，故一次侧电流的变化率 (di／dt)也很大，因此产生的瞬闯过电压值 U=L塞也可能很高，使一次线圈绝缘击 穿，电容器组开合过程中，如涌流值很高，电 流互感器二次电流相应增大，加以涌流的频 宰很高，如电流互感器的二次负载为感性负 载，则二次侧出现的感应电压可以从(5)式 算出： U“=阻Un (5) 式中：U：，一通过浦流时电流互感器二次感 应电压，V； U。一通过额定电流时电流互感器二次 端子闻的电压，V； 从计算或实测可知，正常情况下Ua数 值很小，仅几伏，而通过高频涌流时，二次电 压曾达到3000余伏，会使电流互感器的二 次回路闪络造成所连接的仪表，继电器损 坏，使保护误动。实践证明已经安装了6％ 串联电抗器后，对抑制电容器组高额涌流效 果显著，电流互感器二次侧的感应电压亦降 低到只有数十伏，就投有什么危险了，据统 计，安装了6％电抗器的电容器组，未发生 过上述事故，在电流互感器各相的一次循各 端子闻及二次侧各端子闻分别各并联安装 一只低压氧化锌避雷器(如FYS—O．38型) 或压敏电阻，对限翩涌流引起的两种过电压 是有效的，可保证电流互感器及二次回路的 安全运行。 五抑制电容器组断路器开台过程中的电 弧重燃过电压 目前10—35kV并联电容器组多选用 真空断路器作为开关设备．由于真空断路器 的性能不良，曾发生过多次由于电孤重燃过 电压造成电容器油箱爆裂事故，断路器发生 重燃后，中性点将出现很高的过电压，通过 中性点的传递，使非重燃相的过电压最高， 如果首相开断重燃，其它相也在瞬闻开断， 会形成两相重燃，将在电容器及串联电抗器 的相间产生倍数根高的过电压，使串联电抗 器和电容器同时损坏，真空断路器开断过程 中产生的截流过电压u。数值的大小取决 于截流值Ii及负载的电感L和电容C的比 值如(6)式所示： u．咄√言 <6) 性能庭好的真空断路器采用铜铬触头， 截流值l，可做到5A以下，使U。僮受到限 制。 真空断路器合闸时的触头弹腱可纛}l 电力电容嚣掌尝论主集 1999$ 起电氮重燃产生过电压，老式的ZN2一lO 断路嚣触头弹跳次数高达3～4次，持续时 问4～5ms，面ZNl2等薪型真空断路器合 闸时，基头弹酰时闯很短，不会超过Ims。不 会引起重燃． 真空断路嚣产生电弧重燃的原因与触 头表面的平整和洁净及真空泡内的状况有 关，国产真空断路器投产前进有关单位进行 “老炼”处理后。电弧重燃的机率大大降低， 过电压同题将有所改善。 为了抑制真空断路器的操作过电压除 安装氯化锌避薯器外，还可安装西门子公司 的3EFI过电压吸收装置。 由于SF。断路器不会发生电弧重燃，有 条件时可选用S氏断路器操作电容器组。 用Dw8—35型多油断路器操作35kV 电容器组时，电弧重燃过电压倍数较高，不 宜选用．而断口带并联电阻的DW2--35型 多油断路器可用投切20000kvsf以下的电 容器组。效果较好，岩电容器组容量小于 10000kvar时，每个断口的并联电阻值为 120fl，电容器组容量为10000kvar-- 20000kvar时，每个段口的并联电容嚣值为 70n，每相共140n，加装并联电阻的主薹作 用是用来减少切断电容器组的过电压，还可 减少关合时通过的涌流． 六其它防止过电压的措施 1不选用三相五芯柱的电压互感器， 如JSJw—lO型等作电容器组的放电器，也 不允许用3台单相电压互感器一次线圈Y 接．中性点接地后作为放电器，这种接线的 电压互感器的电感和电容器维的对地电容， 在断路器分闸时产生截流时，会产生振荡过 电压，易导致对地绝缘的损坏． 2安装无电压时断开电容器组的缮电 保护装置，防止变压器带电容器空载情况下 合闸，引起过电压或变压器的电抗在高频涌 流下与电容器发生谐振。 3安装过电压保护和不平衡继电保 护，以防止电容器在超过允许值的电压下长 时间运行。 (上接第84页) 3．3．3我国的配电系统中性点是不接地 的，外熔丝并不能在电容器接地时可靠动 作。在国内已有电容器内部极对壳击穿(外 壳接地)时，外熔丝、不平餐保护及过电流保 护均不动作的实例，有必要对电容器接地保 护采取措施，是否可通过变电所接地保护对 电容器接地故障实施发信或跳阐，尚需得到 理论和实跣的验证． 3。4查阅备类有关电容器保护的设置和整 定原则，发现均未考虑怎样对串联电抗器实 施保护，现有串联电抗器基本处于保护的运 行状态，而各地又有不少串联电抗器烧毁的 记录。 3．5隧着电力电子技术的发展和各类传感 器的广泛应用，设想在电容器支路接人相应 的传感器。将实时采集的电压、电流信号进 行分析，根据电气参数的变化量大小判断该 支路是否有电容器发生故障，如将采集的数 据传送至微机并保存，可进一步分析故障的 起因。 并联电容器组的过电压保护 作者： 陈建聪， 林宁， 邹幕震 作者单位： 陈建聪(福建省连江县电力公司)， 林宁(西门子公司福州办事 处)， 邹幕震(福州华达电器公司) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_65788.aspx