并联电容器装置设计方案要求及注意事项.ppt

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1、万洲电气技术部,并联电容器装置设计方案要求及注意事项,主讲人：欧阳襄樊万洲电气集团有限公司,一、高压并联电容器补偿装置接入电网的要求及容量确定,1、容器安装容量可按变压器容量的1030%确定。2、电容器分组容量，应根据加大单组容量、减少组数的原则确定。3、当配电所中无高压负荷时，不得在高压侧装设并联电容器装置。,高压并联电容器装置接入电网的设计，应按全面规划、合理布局、分级补偿、就地平衡的原则确定最优补偿容量和分布方式。变电所里的电容器安装容量，应根据本地区电网无功规划以及国家现行标准和的规定计算后确定。当不具备设计计算条件时，电容器安装容量可按变压器容量的1030%确定。电容器分组容量，应根

2、据加大单组容量、减少组数的原则确定。设计高压并联电容器补偿装置时，应认真检测安装点处有关的谐波电压和电流。根据检测结果和电网参数进行核算，避免发生谐波电压的串联谐振和谐波电流的并联谐振。并校核并联电容器组在各种组合下，都不发生谐波严重放大现象。谐振电容器容量，可按下式计算：Q=S（1/nk）式中Q-发生n次谐波谐振的电容容量（Mvar）；S-并联电容器装置母线安装处的母线短路容量（MVA）；n-谐波次数，即谐波频率与电网基波频率之比；k-电抗率。,二、高压并联电容器装置电抗率配置原则，如何避免分组回路对谐波的放大以及如何抑制谐波 总的配置原则：当电容器装置接入电网处的背景谐波为5次及以上时，宜

3、取4.5-6%，当电容器装置接入电网处的背景谐波为3次及以上时，宜取12%，也可以取4.5-6%和12%两种电抗率。,抑制电容器组对谐波的放大是设计电容器装置考虑的原则之一，电容器分组回路是否会将谐波放大取决于电容器分组回路谐波阻抗 的大小及性质（感性或容性）。(nXL-Xc/n)/nXs XL-串联电抗器工频阻抗 XC-并联电容器工频阻抗 n-谐波次数 XS-系统工频阻抗,a、当(nXL-Xc/n)0，对n次谐波而言，电容器分组回路成感性。此时，电容器分组回路与系统回路是分流状态，不会产生n次谐波放大，一般选择串联电抗器的电抗率（K=XL/Xc）时要求考虑所需限制的 n次谐波时满足(nXL-

4、Xc/n)0，当 n=5时，可以算出只要电抗率K4%，就能满足电容分组回路呈感性；当 n=3时，可以算出只要电抗率K11.1%，就能满足电容分组回路呈感性；,b、当(nXL-Xc/n)=0，电容器分组回路呈n次滤波状态，也就是n次谐波全部流过电容器分组回路，这种情况必须避免，因为并联电容器一般没有按滤波电容器要求设计，大量的谐波电流流入会使电容器过热而损坏电容器装置，或使电容器装置无法投入运行。例如:（1）10KV并联电容器装置，串联电抗率为5%，每相电容器5并1串，当每相各拆除1台时，变成4并1串，此时 XL/Xc=4%，电容器分组回路对5次谐波呈谐振状态，因此，这种接线不可以减1台运行。（

5、2）当电容器内部故障，如内熔丝熔断，或元件击穿，都可导致实际电抗率的变化，严重者亦可以使电容器组进入某次谐波的谐振状态，因此，及时测量电容器，退出故障电容器是十分必要的。,C、-2(nXL-Xc/n)/nXs 0，该区间为电容器分组回路放大 n次 谐波，越接近-1，放大越严重。d、(nXL-Xc/n)/nXs=-1，说明电容器分组回路在n次谐波下呈 容性,而且其容抗等于系统阻抗,将产生并联谐振。,发生串联谐振的谐波次数及对应电抗率 谐波次数 3 5 7 9 11 13谐振电抗率（%）11.1 4 2.04 1.23 0.826 0.592 由上表可以看出，较低次谐波（如5次）串联电抗率的支路对

6、较高次数谐波（如7次及以上）均呈感性支路，不会产生谐波放大。反之，对更低次谐波（如 3次）呈容性支路，会产生谐波放大，由此可以得出：,对不同电抗率（如12%和5%）混装的高压并联电容器装置，在投电容器装置时，应先投高电抗率组（如12%），后投低电抗率组（如5%）。切除电容器装置时，先切低电抗率的电容器组，后切 高电抗率的电容器组。如不按这个顺序，可能会产生较大低次谐波放大，危害电气设备，例如，先投5%电抗率的电容器组可能会引起3次谐波放大。,在系统电压一定的条件下，电容补偿装置用不同电抗率的串联电抗时，必须选择不同额定电压的电容器。原因是由于在串联电路中电抗器与电容器上的电压相位始终相差180

7、度，串联电抗器的电抗率越高，电抗器上的电压就越高，电容器上的电压就越高。下表是在系统电压为6KV和10KV时，电抗率与电容器额定 电压的关系:,由于串联电抗器上电压与电容器上电压相位互差180度，因此，串联电抗器与电容器的容量互相补偿。也就是说，当串联电抗器电抗率越高时，串联电抗器所占用电容器的容量就越大。例如：如系统需补偿6000Kvar的容量，电源系统有3次谐波而配置12%电抗率的串联电抗器时，可以粗略估算电容器容量需要6720Kvar才能大致满足补偿容量要求。,三、分组回路配置和主要部件的主要技术参数、性能、结构选型 高压并联电容器装置分组回路，视需求可装设下列配套设备：a、隔离接地开关

8、、真空断路器或真空接触器；b、单台电容器保护用喷逐式高压熔断器；c、串联电抗器；d、并联电容器；e、操作过电压保护用避雷器；f、放电器；g、继电保护、控制、信号和电测量用一次及二次相关设备。,1、并联电容器1）电容器额定电压 电容器额定电压的选用与采用串联电抗器的电抗率的大小有关（参考表2）；当然也与电网母线的运行电压等多种因素有关。单台电容器的额定容量2）单台电容器的额定容量 单台容量可以在标准容量50、100、167、200及334kvar中选取。特殊容量可以定制，一般不推荐采用。,3）电容器组相间容差 电容器组相间电容偏差的要求比较严格。任两相最大与最小电容之比不超过1.02。这一点主要

9、考虑采用开口三角不平衡电压保护的要求。如果按GB3983.2标准三相电容器组任两端子间电容之比不超过1.06，则相当于任两相相间电容之比为1.12。此时开口三角输出的不平衡电压将达到约12V。此时开口三角输出的不平衡电压将达到约12V，显然在有些情况下（如要求整定电压为4V）保护无法整定。如满足不大于1.02的要求时，就可以整定。当电容器组内部故障计算的开口三角输出不平衡电压更低时，可以提出更严格的相间电容偏差要求，如不大于1.01。,4）稳态过电流 稳态过电流1.3In下连续运行，附加条件为稳态电压不超过1.1Un，对于电容正偏差的电容器，稳态过电流可以增加，增加比例与正偏差比例相同，最大可

10、达10%，除1.1In为工频电流以外的电流为高次谐波电流。,5）稳态过电压 1.05Un连续运行，1.1Un下长期运行。这里说明一点，长期运行是指每天24h中可以有一段时间在1.1Un下运行，例如8h。,6)电容器元件额定电压 对于真空干燥浸油良好电容器而言，由于元件端部为不均匀电场，所以局部放电首先发生在这里。显然，元件额定电压的升高将使局部放电起始电压与元件额定电压之间的倍数降低，不利于电容器的安全运行。对于10kV膜纸复合高压并联电容器五串好些；全膜结构宜用四串，尽可能不用三串结构，提出电容器元件额定电压小于2kV的理由就在于此。目前运行中近年生产电容器损坏率较高，其中相当一部分是三串结

11、构的电容器。,7)外壳耐爆能量 电容器外壳耐爆能量是设计并联电容器组并联台数的主要依据。这也是电力行业标准所要求的。100kvar产品外壳耐爆能量不小于8kJ；200334kvar产品外壳耐爆能量不小于12kJ,8)带内熔丝的产品 并联电容器用内部熔丝是设置在电容器内部的有选择性的限流熔丝。这些内熔丝是用来断开故障的电容器元件或电容器单元，从而使该电容器单元的其余部分以及接 有该电容器单元的电容器组继续运行。内部熔丝动作是由电容器元件击穿引起的。通过元件熔丝动作将故障元件瞬时断开，而不中断电容器的运行。外部并联电容器数量和电源系统可达到的短路电流不影响内部熔丝的限流。应注意：内部熔丝对电容器内

12、部连线之间的短路或带电部分与外壳之间的短路不提供保护，这两者有可能导致外壳爆裂。a、全部元件并联连接的电容器 在一个元件击穿后，由于来自并联元件和并联电容器的放电电流以及来自电源的工频电 流使得相应的熔丝在不到1ms内熔断。而电容器可在相应降低了的容量下继续运行。如果电容器在固定的母线电压下运行，则在剩余的完好元件上的运行电压不发生变化。b、元件串并联连接的电容器在一个元件击穿后，所有并联元件将其贮存的能量或其一部分释放到故障元件内。而工 频电流被串联连接的剩余的完好元件所限制。一个故障元件断开之后，电容器在相应降低了的容量下继续运行。这时组中剩余的完好元件承受的电压大约为初始电压的mn/m（

13、n-1）+1倍，式中n为每组中并联元件数m为每单元中串联段数。在某种场合，例如，在不接地星形连接情况下，由于中性点位移，电压可能更高。,2、投切开关（以及其引起的操作过电压问题）电容器组用开关在分断过程中出现重击穿是引起电容器事故的主要原因，高压并联电容器的国家标准和IEC标准均要求使用无重击穿的开关。当然严格讲无重击穿的开关没有，但重击穿几率小的开关还是被广泛采用了。,断路器的有关额定参数在断路器标准中，与电容器组有关的额定参数为：额定单个电容器组开断电流，额定背靠背电容器组开断电流，额定电容器组关合涌流。关于这些名词的含义想必已是熟知的，问题是在实际装置中与电容器组的额定值间的关系如何确定

14、。断路器的额定单个电容器组开断电流和额定背靠背电容器组开断电流是通过型式试验考核所确定的开断电容器组的能力，这个电流值应当覆盖电容器组在运行中可能出现的正常电流值，对于电容器组来说，选取可连续运行的电流1.3In和容量正偏差+10%两因素迭加结果：1.31.1=1.43In是合理的，在电力行标DL/T403“1240.5kV交流高压真空断路器订货技术条件”的修订稿中，其推荐值为：断路器额定单个（背靠背）电容器组开断电流值=（1.51.35）并联电容器装置额定电流值。低值对应于较高的额定电流值。（见表4）,表4断路器与电容器组额定电流的配合,额定单个电容器组开断电流是表示断路器开合电容器组的最大

15、能力的，当有总断路器设置时，如要求其开合整个电容器组时，则应受此值制约。该值应不高于断路器的额定电流值。额定背靠背电容器组开断电流则表示多组电容器并列运行时最大的分组开断能力，可不同于上述单个的额定值。额定电容器组关合涌流值为额定背靠背电容器组开断电流的20倍，频率为2kHz。开关选型的三个内容：（1）ZN12以下序号型号开关是第一代产品，属淘汰产品，具有重燃率高的缺陷，不能用作电容器组开关；（2）ZN28配以CD17操作机构是一种较好的配置方式，较适合于电容器组用开关；（3）电容器组用开关应做老炼试验，而且最好使用高电压大电流老炼，以便在使用中降低重燃率。操作过电压产生的原因，断路器在关合电

16、容器时，所产生的过电压一般不超过2倍，对电气设备绝缘的危害不大。断路器在开断电容器组时，由于断口的多次重击穿和电容器中性点出现位移，造成各相电容器电压的极度升高，严重威胁电气设备的绝缘。电力行业标准DL/6620-1997指出，3-66KV系统开断并联电容器补偿装置，如断路器发生丹相重击穿时，电容器高压端对地过电压可能超过。开断前电源侧有单相接地故障时，该过电压将更高。开断是如果发生两相重击穿，电容器极间过电压可能超过2.5/2倍电容器额定电压。电容器补偿装置的绝缘体，对地一分钟耐受电压都在4倍以上，而电容器的极间耐压，仅有2.15倍额定电压，承受时间只有10S。所以说，电容器不仅是补偿装置的

17、核心器件，也是整个装置的薄弱环节，也是保护的重点对象。“重击穿”，“中性点位移”和“极间耐压”是我们考虑过电压保护和绝缘配合时应该关注的重点。自然，过电压最好是不发生，少发生。即使发生了，过电压的水平也要低，把对电容器的冲击和破坏降低到最低程度。主保护应有断路器担当。因为它是源头，过电压都是因其操作而发生，只有断路器开断过程中不发生重击穿，将是限制这种过电压的根本措施。把避雷器放在后备保护的位置，在重击穿万一发生时，利用避雷器把过电压限制到设备绝缘可以接受的水平。这时的避雷器不是为了避雷，而是为了限压。可以另称为过压保护器或限压器。,3、外熔断器并联电容器用外部熔断器来切除电容器单元内部故障，

18、从而使接有该电容器单元的电容器组的其余部分继续运行。外部熔断器也切除电容器外部套管的闪络。外部熔断器的动作一般决定于工频故障电流和与故障电容器并联的电容器的放电能量。最初的击穿通常是电容器内部的个别元件，它总是形成短路，从而短路了与故障元件并联的所有元件，使电容器中失去一个串联段。初始故障可能继续发展而引起串联段相继发生故障（随着每个串联段的短路，正常串联段上电压增高）。这导致通过电容器的电流增大，从而熔断器动作，将故障电容器从回路中切除。,保护原理：并联电容器单台保护用熔断器产品有喷逐式和限流式两大类。根据我国高压熔断器的产品情况和运行经验，GB50227-1995中规定：宜采用喷逐式熔断器

19、作为电容器的单台保护。其理由是：（1）喷逐式熔断器动作迅速，一般选用能快速熔断的K型熔丝，熔丝的安-秒特性0.1s的熔断电流与300s的熔断电流之比，在68之间，也即当电流大到需立即切断的数值时能立即切断；2）喷逐式熔断器不具备限流功能，尺寸小，重量轻；3）结构比较简单，安装方便；4）限流式熔断器只能一次性使用，喷逐式熔断器更换熔丝后仍可使用；5）喷逐式熔断器价格较便宜。从国外情况看也是首选喷逐式熔断器，仅在某些故障电流大而喷逐式熔断器不能满足开断要求的特殊场合才选用限流式熔断器。根据工程运行实践，用一台熔断器保护4-5台电容器的分组保护方式，往往在故障时起不到保护作用，因此国家标准中已明确规

20、定禁止多台电容器共用一只熔断器。喷逐式熔断器的结构安装示意图如图1所示，其中载熔件包括管帽、绝缘管体、熔断件和小消弧管（包括内、外消弧管）。载熔件安装在电源母线或导电连接板上，熔断件为钮扣式结构，其软连接线（尾线）沿轴向穿过螺旋形的开断弹簧莲于电容器的出线端上，并使开断弹簧呈弧形而张紧。外消弧管由环氧酚醛玻璃布管制成，管帽和消弧管用螺纹连接，开断大电流时依靠外消弧管产气，既应满足容性大电流的开断特性，又应保证开断电弧时不爆裂。内消弧管采用高效去离子剂的材料制成，直接套在熔体上，再一并装入外消弧管内。当开断小电流时，内消弧管的去离子剂因电弧作用而产生足够的非可燃性熄弧气体，在管内形成相应的压力，

21、使气体迅速喷出而熄灭电弧。开断弹簧的作用是当熔丝熔断后迅速将尾线拉出，起到强力拉弧的作用，与产气熄弧的功能相配合。管体的安装角度应保持与水平方向的夹角为3045。熔断器开断容性电流时是否发生重击穿，与断口的分断速度有关。分断速度越低，重击穿的几率越高。开断弹簧的拉力对消弧性能的影响很大，如拉力过大，当熔丝熔断后管内尚未建立起足够的气体压力时就拉开，对熄灭电弧不利；但如拉力过小则起不到强力拉弧的作用，灭弧性能也 受影响。,喷逐式熔断器工作示意图,对应于熔断器的特性，可将电容器内部故障分为两类：（1）内部元件逐个击穿，属小故障电流范围，要求熔断器在故障发展过程中及时开断，这是熔断器作为内部故障主保

22、护的配置要求。在我国最广泛使用的中性点不接地星形接线的电容器装置中，随着内部元件逐个击穿，故障发展速度加快，而由于中性点电位偏移，故障电流的增长受到限制，在不大的过流倍数下，熔丝熔断需要一定时间，因而造成了保护配置的困难。（2）极间短路，如内部引线间的短路击穿、内部元件全击穿、外壳接一极时的极壳击穿、套管闪络等等均为这类故障。通常这类故障发生在绝缘已存在一定的损伤，如由于过电压或耐压试验诱发的持续局部放电或局部损伤的积累效应、元件击穿的发展或电弧引起外绝缘损坏或外壳膨胀油面下降等等均为这种状况。在电容器装置的某一次操作时（电容器装置操作是十分频繁的）由于过电压的作用，瞬时或经一定时延引起短路故

23、障。此时，要求熔断器能在电容器外壳破坏之前及时可靠地开断，这是故障保护的最后防线。事实上，在发生极间短路前，上述电容器内部的故障状况往往不易为运行人员及时察觉，熔断器也不一定会动作。所以，对熔断器在短路故障下的开断特性配合是十分重要的。电容器极间短路时，即由并联的所有电容器对故障点短路放电并随即有工频故障电流流入，要求与之串联的熔断器迅速动作，或在短路放电时开断，或在工频故障电流下开断。对于前者，要求开断的同时，能承受住放电能量的冲击。对于后者，则存在熔丝过电流倍数与开断时间的配合问题。在所讨论的电容器接线条件下，短路故障电流与接线方式有关，最大仅为3MInc（串联数N=1时），或1.5MIn

24、c（N=2时），M为电容器并联台数。,熔断器特性a、额定电流1）熔丝额定电流Inf；根据现行标准要求Inf1.43Inc，以满足电容器元件的长时间运行的过电流要求。在作为电容器内部故障的主保护时，从保护灵敏度考虑，希望Inf/Inc（即电流比）尽量小。同时顾及熔丝规格划分的困难，通常要求在1.431.55范围内选取。在新修订的“高压并联电容器订货技术条件”中，将电容器过电流要求降至1.37Inc，相应地电流比范围可定为1.371.50，分析表明，这将更有利于熔断器的保护配合。需注意到，熔断器的额定电流与Inf不同，它是指该型号熔断器所包含的多种规格熔丝中的最大值。从试验和使用情况看，熔断器的型

25、号应明确为按其额定电压和与之配套的电容器容量来划分，所包含的不同规格对应于同容量、同电压等级的不同额定电压的各档电容器，仅仅是熔体粗细有差异在稳态场合，没有必要使熔断器能力超过开关或断路器。然而，瞬态条件，例如由系统产生的电流或投切电容器组产生的电流应予以考虑。通常使用额定电流为电容器额定电流1.65倍的熔断器。注：熔断器的连续额定值未必是其标牌上的额定值。例如，额定值远小于熔断器支座额定值的喷射式熔断器的熔断件可以连续承载150%其铭牌上表示的额定电流值。最重要的是知道熔断器熔断件的实际额定电流值。一般熔断器底座可适用于两种额定电流值，一种50A及以下，另一种100A及以下，但是用在这些底座

26、中的熔断件的额定电流由5A到100A。这些底座额定电压也不同，,b、额定电压熔断器的额定电压应不小于电容器额定电压的1.1倍。表5,c、时间电流特性时间电流特性曲线应满足所保护电容器耐暴要求,并电容器外壳爆裂曲线的配合除了在选择熔断器时已经考虑的以外，熔断器应与电容器组中单台电容器外壳爆裂曲线相配合。,外壳容积大约为30000cm3的电容器的典型外壳爆裂曲线 为减小外壳爆裂的危险，选择的熔断器应处在“低几率”区域。,d、放电能力外部熔断器应能耐受瞬态涌流e、动作每当一个电容器内部元件损坏，电容器组内的电压分布和流过的电流就会有稍许变化。这些变化的大小决定于损坏元件的数量和它们在电容器组内的位置

27、。如果装有外部熔断器的电容器被其熔断器所开断，其所导致的电压和电流的变化大于单个元件被内部熔丝开断所引起的电压和电流的变化。通过采用不同的电容器组接线和继电保护方式，可测量到电压或电流的不平衡并用来作保护。不平衡保护的主要目的是当邻近故障电容器的完好电容器上的过电压过大时发出警报或断开整个电容器组。通常允许过电压不超过1.1倍的额定电压。f、与此相关的另一问题是熔断器的型号统一。由于此类熔断器体型小，不可能如其它设备那样在铭牌上标示各项必要的内容。在产品型号上必须标明其主要性能指标，如：RW7/25P10R熔断器代号W户外型，“N”为户内型7指熔断器额定电压为7kV25指熔断器额定电流为25A

28、P喷射式10指耐爆能量为10kJj、外熔断器设计、安装、使用方面的一些问题外熔断器现阶段还存在不少问题，有设计安装问题，也有运行维护问题。设计安装问题主要反应在安装位置、角度不合要求和熔断器选型有误，导致熔断器动作后熔体不能弹出，而引发电弧，发生群爆。应选用有详细安装说明，一些固定附件不易受正常弹簧拉力扭曲变形的产品。运行维护问题主要反应在电容器无监测，熔断器锈蚀卡涩，甚至有刷油漆将弹簧粘死的现象。电容器无监测导致电容器带病运行，恶化了其运行条件，增大了事故发生的可能性。锈蚀卡涩则使熔断器动作时，熔体不能快速弹出而引发电弧，导致群爆。应选用防锈蚀，弹簧性能稳定的产品。全膜电容器由于场强值高，串

29、数少，若按故障达50%的整定熔断器的动作值，此时电容器剩余段的元件场强值已超过100kV/mm，考虑峰值，则直流场强值高达150kV/mm左右，而绝缘膜的直流击穿场强值也仅300kV/mm，裕度已很少了，在合闸过电压作用下足以引起击穿。而此时的熔断电流值处于熔断器的小电流熔断区域，具有熔断过程长、电弧不稳定的特征。这时一旦由此引起过电压就很易引发极间击穿。因此，对于使用外熔断器的电容器组，运行单位加强电容器监测对保证电容器安全运行，不出现扩大性事故就显得特别重要。,4、串联电抗器电抗器的电抗率选定按前述要求配置安装位置，干式空芯电抗器宜装在电容器组的电源侧，普通型铁心电抗器宜装在电容器组的中性

30、点侧。采用空细芯电抗器时，应避免周围设施（含基础中的金属构件或接地极）构成金属闭环回路，户内更应特别注意，并尽可能不用叠装结构。,5、放电线圈 a、连续运行电压对于并接于电容器两端的放电线圈，连续运行电压1.1U1n对应电容器的长期运行电压（每24h中不超过8h）。对于串联电抗器接在电容器组中性点侧，而放电线圈跨接于电容器和串联电抗器时，放电线圈连续运行电压，比电容器的运行电压要低一些。所以1.1U1n连续运行已足够。放电线圈应承受1.82U1n（1.053），1s的短时电压。b、绝缘水平与电容器的绝缘水平相一致。放电线圈的匝间耐压试验电压仅为2.15U1n，与电磁式电压互感器（VT）之间有较

31、大差距，一次电压为10/3kV的VT感应耐压试验电压为28kV。是U1n的4.85倍。现在有的单位放电线圈接在相间，呈V字形接线，这种接线一旦放电线圈绝缘故障，易发展成相间短路，使放电线圈爆炸，这种接线在GB502271995中是明确停止使用的。c、放电性能在5s内将电容器组上的剩余电压自额定电压峰值降至50V或更低，这是电容器组分组自动投切的要求。现有的放电线圈产品均能达到，一般2s左右即可以降至50V以下 d、一组三台放电线圈误差的一致性用在一组电容器的三台放电线圈的误差应相近，也即三台有相近的伏安特性。相同电压与相同二次负荷时的比值差之间差异不超过0.005。这样，由于放电线圈误差之间差

32、异引起的开口三角不平衡输出电压不大于0.5V。对于电容器组开口三角不平保护整定值较小的情况（例如2V），可以要求更小的比值差差异（如0.002）。对于较大的整定值（如6V）则可以不作要求。因为此时不平衡电压不会大于1V（0.5级产品）,四、并联电容器组系统保护 熔断器保护 单台电容器的熔断器保护包括内容丝和外熔丝以及内外相结合保护3种方式。,如何认识内外两种熔丝相结合的保护方式，现在有部分观点认为这种保护是危险的，这种观点的产生是建立在内熔丝和外熔丝都是电容器的故障保护上。由于内熔丝保护的动作，将切除故障元件，因此，电容器的电容量将逐渐减小，电容器的回路电流将向减少方向发展，而外熔丝的保护性能

33、是靠电流倍数来保证。因此内熔丝动作的结果与外熔丝动作要求正好是相背离的，也就是说内熔丝动作后，将使外熔丝越来越难动作。而随着内熔丝的动作，电容器运行条件将进一步恶化。内熔丝的保护性能将变差，外熔丝却不能起到电容器故障的保护作用，因此，从这个角度讲，这种保护方式是不合适的，但是这个观点不全面。实际上对于内熔丝加外熔丝的保护方式，只要分清各自的功用，而不在保护功能上重叠，这个问题自然就不存在，即将电容器故障保护交给内熔丝，外熔丝做短路保护，做内熔丝保护死区的保护。这样就构成了一个从电容器套管出线到电容器内部介质全方位，无死区的一个保护系统。由于外熔丝在电容器短路电流，尤其是在单相或某串段短路（一相

34、多串段）时，其动作速度要比继电器保护快得多。由于外熔丝做短路保护，电容器的不平衡保护将按内熔丝保护方式整定。因此，只要将内熔丝和外熔丝保护的功能区分开离，并合理配置继电器保护，这种保护方式是比较合理、科学和更有效。,内外熔丝相结合保护时，如何配置？当台架式电容器组的单台电容器用内熔丝加外熔断器保护时，若外熔断器也用于电容器故障保护，如熔断器电流按正常选取，则由于内熔丝的作用，只要有电容器元件击穿，内熔丝将熔断隔离故障元件，而使电容器电流减小，而使外熔断器越来越难动作。因此，这时外熔断器的电容故障保护功能是无效的。若为避免故障保护功能失效，而将熔断器电流选小，则使熔断器不仅易与误动，增加了运行维

35、护工作量，而且这种选小电流的方式并不一定能达到防止外熔断器故障保护功能的失效。因此，这种做法不可取。正确做法是将电容器内部故障交给内熔丝完成，而外熔断器则用则用于内熔丝的保护死区，如电容器的引线短路，套管闪络等保护和电容器极间击穿及相间短路的保护。基于这一点的考虑各种条件下的最小故障电流，并以次电流进行配置外熔断器的电流参数，保证在这些故障条件下，熔断器快速、准确地切除故障电容器，避免故障扩大。从保护配合合理的角度出发，这时的熔断器的额定电流可取2倍左右电容器额定电流值。这样选择较好地保证了熔断器的运行可靠性，又易保证足够的保护灵敏度，而保证电容器的安全运行。当电容器组相电容为单台串多台并联结

36、构。则当电容器发生单相击穿时，故障电流为3倍额定电流。因此，流过故障电容器的电流为3M（M为并联台数）倍单台电容器额定电流。根据熔丝的安秒特性，为保证熔断器快速（50ms）熔断，通过熔断器的电流应达到8Inf（2倍单台电容器额定电流、即熔断器配置电流），由此可以得出并联台数M6。J即当并联台数不少于6台时，外熔断器可在50ms的时间内隔离故障电容器，而运行中又不会发生误动，具有较好的保护性能。由此可见，外熔断器加内熔丝的保护方式，其熔断器的额定电流及电容器并联台数选择，是经核算确定。,单台电容器用内熔丝加外熔断器保护时应注意的问题a、要求并联台数足够多，以保证流入同故障电容器串联的外熔断器的电

37、流足够大，使熔断器开断过程足够快。b、是结构方式上应保证熔断器的额定电流应不大于85A（相关资料显示，目前电流大于85A的熔断器尚无型式试验合格的产品）。c、电容器组的不平衡保护应按内熔丝保护方式整定，控制元件的连续运行电压不超过规定的允许电压。,不平衡保护 电容器的不平衡保护是电容器内部故障的主保护，更具体地说，它是电容器单元极间短路和内部电容元件的过电压保护。不平衡保护应按照电容器内部电容元件的过电压不超出其额定电压的1.5倍，动作时限0.10.2s整定。,无内熔丝电容器组，以完好电容器单元的电压不超过1.1Un（Un为电容器单元额定电压）作为电容器组不平衡保护的整定依据。这里讲电容器单元

38、电压不超过l.1Un是指电容器的长期运行电压，即每天24h中允许8h在1.1Un运行。在电容器组的设计中，选择单台容量及并联台数时，一般已考虑允许缺台运行。即外熔断器切除一台电容器时，完好单元上的电压不会超过1.1Un。在计算完好单元电压升高时，不可以简单的根据一般电容器电容值减少时算出的过电压数值。因为电容器的过电压与多种因素有关，缺台运行只是因素之一。此外，运行中往往在超过电网标称电压的1.1倍时切除电容器组。对应1.1倍电网标称电压时，电容器已经运行在1.05Un电压，即完好单元的电压升高了5%。如果切除一台电容器会使与其相并联的完好单元的电压升高10%，则实际上完好单元长期运行电压已达

39、1.15Un。显然已经超过1.1Un的整定原则。还有其他一些影响因素，例如串联电抗器的电抗率、三相电容的不平衡、电源电压三相不对称、一相多单元串联时串段间电容的差别等。因此，应该考虑以上各种因素后的完好单元上的过电压不超过1.1Un为标准。采用这一整定原则的电容器组中，基本上为无内熔丝电容器加装外熔断器的接线方式。电容器内部故障由外熔断器动作切除，不平衡保护是按完好单元电压不超过1.1Un整定。当切除部分电容器，只要剩余完好单元电压不超过1.1Un时可以继续运行。按排适当的时候更换故障电容器，这就提高了电容器组的投运率。由于电容器单元的内部故障是由外熔断器动作切除，因此，外熔断器必须可靠。这类

40、电容器组继电保护动作时间一般取得长一些，例如（0.52）s。,对于无内熔丝的电容器组，以电容器单元内部串段击穿50%作为不平衡保护的整定原则。华北电力系统使用这一整定原则较多，这是DL/T584-95保护整定规程规定的，也是根据运行经验总结出来的。由于电容器单元多数情况下首先是个别串段的元件击穿，然后剩余串段元件在过电压的作用下会相继损坏，当元件击穿达、串段数的50%时，不平衡保护动作切除电容器组。此时，故障单元尚未达到贯穿性故障。当然，对于少数极快发展为贯穿性故障的情况，或直接在单元内部两极间短路，此时仍然由外熔丝动作切除故障电容器，并且此时不平衡保护也已动作，属于双重保护。这种保护方式的优

41、点是可以防止电容器爆炸起火。相当于是将不平衡保护与外熔断器同时保护电容器单元，而且不平衡保护先动作。这类电容器组保护动作时间较短。例如0.2s，只须避过合闸涌流即可。这更不易发生故障的扩大化。由于这种保护方式不能缺台运行。所以电容器故障以后，必须及时更换修复，降低了装置的投运率。补救的办法是备有足够的备品，以便及时更换，减少电容器组停运时间。,使用内熔丝的电容器组，以完好电容器单元电压不超过1.1Un作为电容器组不平衡保护的整定依据 一些使用内熔丝电容器的电容器组，电容器组不平衡保护是按完好单元电压不超过1.1Un整定的。由于制造中总是可能有个别元件存在缺陷，内熔丝的优点在于个别元件故障可由内

42、熔丝动作来切除，单元中其他完好元件继续运行。一般情况不会发生连续多个元件损坏。如果电容器使用一段时间，或电容器受到极间过电压的作用，那就不排除电容器元件会相继出现损坏。熔丝选择不当也会出现熔丝群爆。这就提出一个问题，是否应该规定故障元件相并的完好元件的允许过电压倍数。从目前运行的电容器组的保护整定计算可知，虽然完好单元的电压未到1.1Un，但完好元件电压可达1.8Uen（Uen为元件额定电压），甚至更高。在这种情况下，电容器的内熔丝是否仍能够正确动作。ASEA公司除了规定完好单元的电压不超过1.1Un以外，尚规定完好元件的电压不超过1.5Uen。内熔丝保护方式不能保护电容器内部引线间短路，即这

43、是内熔丝保护的死区，这类故障需由电容器组不平衡保护来切除。此时，由于保护动作时间一般较长（例如2s），会造成故障扩大，因此在国电公司转发的并联电容器运行情况通报中建议动作时间缩短到避过合闸涌流即可（例如0.2s）。,使用内熔丝电容器，同时采用外熔断器保护，以完好电容器单元电压不超过1.1Un作为电容器组不平衡保护整定依据 由于内熔丝电容器不能保护内部引线间（极间）短路故障，所以加装外熔断器来保护。一相中单元为4个串联段，置于一个平台上，平台接四串段的中间电位。单元内元件有4个串段。若外熔断器额定电流按1.5倍电容器额定电流选取，当击穿两个串段时，故障单元的电流约为熔丝额定电流的1.33倍；击穿

44、3个串段时，为2.66倍，外熔断器动作切除故障单元。,电容器的过电流能力和过电流保护,高压并联电容器的过电流能力为额定频率下额定电流的1.3倍。实际上，作用于电力电路上的仪表电流是电容器的运行电流，该电流是工频和高次谐波合成的电流有效值，电容器在工频和高次谐波作用下的过电流能力，应按工频发热等值条件换算，约为其额定电流的1.15倍。电容器的正常运行电流随接入点电压波动而变化，其最大值一般小于其1.1倍额定电流，常见值约为1.08倍额定电流。电容器的运行电流在大于其正常运行电流，但小于其1.15倍额定电流时，为过负荷运行。电容器装置在内部元件、电容器单元极间和相间故障下，或者是系统谐波电流过大的

45、情况下，其电流才可能大于1.15倍额定电流。这是电容器在故障下运行，应尽快切除电容器，要防止扩大事故。高压并联电容器装置可装设带有短延时的速断保护和过电流保护，保护动作于跳闸。电容器的过电流保护的作用目前己获公认是相间故障保护，并兼作内部故障后备保护，可以在内、外熔丝不能动作的情况下，有效地早期切除故障电容器，避免了恶性事故。电容器组的过电流保护的定值 电容器组的过电流保护的定值可按照实际负荷电流的最大值和可靠系数确定。只要在正常运行情况下，电容器组的过电流保护不会动作，其定值宜取小值，如最大负荷电流约为其额定电流的1.25倍；或者取1.3倍。动作时限应大于其合闸涌流时间，取0.2s即可。,过

46、压能力和过压保护,高压并联电容器的过电压能力与加压时间有关，最大为工频额定电压的1.3倍，1min。实际上，作用于电力电路上的仪表电压是电容器的运行电压，该电压是工频和高次谐波合成的电压有效值，它与工频电压差别很小。不论电容器有无内熔丝，其内部完好电容元件的过电压达到其额定电压的1.5倍时，其内部元件故障率约有35%40%。这时，电容器是在严重故障情况下运行，应尽快切除电容器，防止其爆炸。,从上表中可见，从可运行的1.10Un到1.15Un其耐受时间急剧减小，而这两个电压之差只有4.55%左右。若不装过电压保护，运行电压达到可危害电容器安全的电压水平是不可避免的。因此，并联电容器无过电压保护是

47、十分危险的。从电容器安全运行的角度考虑，并联电容器应装设过电压保护。,过电压保护应如何整定呢？根据DL/T584-953110kV电网继电保护装置运行整定规程要求，其整定是以电容器的端电压1.1Un为电压定值，时间定值为不大于60s，或跳闸或发信号。这里必须注意的是电压定值是以电容器端电压的1.1Un为定值，而不是系统电压的1.1倍。这是因为电容器组端电压常常不同于系统电压，对于Y接线电容器。由于常常有串联电抗器，电容器组的端电压常常高于系统相电压。因此，其电压的整定值应区分两种情况进行计算。第一种情况：当电容器采用配套的放电线圈进行电压测量时，这时的电压整定值（UDZ）就等于其额定输出电压的

48、1.1倍，即：UDZ=KVUSN（1）USN为放电线圈的额定电压，通常等于电容器额定电压UCN，Kv为过电压系数，Kv=1.10。第二种情况：使用母线电压互感器，这时的定值计算式如下UDZ=KV（1-K）UCN（2）K为串联电抗器的电抗率，K=XL/XC，XL、XC为分支电感阻抗和电容阻抗，UCN为电容器额定电压。这两个定值不能搞混，否则将起不到保护作用。由于放电绕圈直接跨接电容器两端，直接测电容器的端电压，因此整定值计算不用考虑串抗的影响。而用母线电压互感器进行整定则必须考虑串抗的影响，若采用放电线圈测量，错误地采用（2）式计算，这时电容器组将可能无法投运，反之则电压超过1.1Un将不能动作

49、，对此应特别注意。,低电压保护 电容器组装设低电压保护主要是避免电容器组发生以下几种危害：（1）系统重合闸对电容器组的损害。由于电容器组在系统出现事故，开关跳闸后又自动重合的这段时间内，电容器很难放完电。因此，若电容器组无低电压保护而未切除的话，将是一次带初始条件的合闸过程，这时可能产生很高的过电压和冲击涌流，极易造成电容器组的损坏。（2）系统发生事故后，一旦重合闸成功，这时变压器将处于空载状态，若电容器组无低电压保护而未切除的话，将出现空变带电容器组进行冲击合闸的操作过程，这种操作方式，电容器同变压器极易发生铁磁谐振而损坏电容器，甚至变压器。（3）系统发生事故后，一旦重合闸成功，由于变压器呈空载状态，若电容器组无低压保护而未切除的话，将由于变压器直接带纯电容负荷，而出现较严重的过电压，虽然过电压保护可能动作，但仍可能对电容器产生损坏。因此，电容器组从安全角度出发，应装低电压保护。,