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[導讀]1 故障概述目前,變電站電容器組專(zhuān)用單元微機保護裝置已取代了傳統的熔管保護和繼電器保護,能夠實(shí)現二段過(guò)流、零序電壓等保護功能,集保護、監控于一體,與傳統熔管保護相比,集成化程度及保護程度高。由于變電運行

1 故障概述

目前,變電站電容器組專(zhuān)用單元微機保護裝置已取代了傳統的熔管保護和繼電器保護,能夠實(shí)現二段過(guò)流、零序電壓等保護功能,集保護、監控于一體,與傳統熔管保護相比,集成化程度及保護程度高。由于變電運行管理部門(mén)對電容器組專(zhuān)用單元微機保護整定不夠重視,往往采用裝置出廠(chǎng)默認保護設置,其后果容易引起保護誤動(dòng)作。我們知道,電容器出線(xiàn)總開(kāi)關(guān)保護是電容器組單元微機保護的遠后備保護,兩者其保護范圍和反映故障類(lèi)型各異,如果在保護整定上不滿(mǎn)足保護選擇性要求,可能引起保護誤動(dòng)作。近期,我公司曾發(fā)生過(guò)一起因電容器組單元微機保護整定錯誤發(fā)生的保護誤動(dòng)現象。

2011年某月某日,35kV刁口變集中補償電容器組投入運行,10kV電容器投入第一組后,運行正常。當將第二組電容投入后,電容器組專(zhuān)用微機保護裝置發(fā)出“過(guò)流二段動(dòng)作,Ib=2.50A”故障信號,第二組電容器合閘后隨即分閘。查看裝置定值:過(guò)流一段5A,0s;二段1.5A,0.5s;零序電壓保護20V,0.5s。事后,我們對電容器組專(zhuān)用微機保護定值重新進(jìn)行了計算,結合現場(chǎng)跳閘數據進(jìn)行分析,找出了此次跳閘的原因所在。

2 原因分析

2.1 電容器組結構分析

目前,國內對并聯(lián)電容器裝置的單臺電容器內部故障,通常有如下三種保護方式:內熔絲加微機保護、外熔斷器加微機保護和無(wú)熔絲僅有微機保護。目前我公司電容器采用外熔斷器加微機保護及無(wú)熔絲僅有微機保護方式。按照GB50227-2008《并聯(lián)電容器裝置設計規范》要求,廠(chǎng)家采用不同的保護方式,其優(yōu)缺點(diǎn)各異。對于外熔斷器加微機保護,在國內中小容量電容器上被廣泛采用,優(yōu)點(diǎn)是:故障時(shí)能夠直觀(guān)、及時(shí)發(fā)現外熔斷器熔斷,便于更換處理。采用外熔斷器作為短路保護,能夠克服內熔絲保護存在的死區,即:電容器內部引線(xiàn)之間短路和電容器套管閃絡(luò )擊穿,以及作為電容器內部元件串聯(lián)段發(fā)生擊穿短路(內熔絲保護失敗)的后備保護,動(dòng)作電流與動(dòng)作時(shí)間呈反時(shí)限特性,在電容器發(fā)生擊穿短路時(shí)迅速被切除。內熔絲加微機保護形式,前幾年主要是進(jìn)口電容器和集合式并聯(lián)電容器采用,近期國內發(fā)展起來(lái)的大容量單臺電容器裝設有內熔絲。由于采用內熔斷器結構,一般裝置內部空間距離增加,金屬耗材增大,成本增加且技術(shù)要求高等,如果在技術(shù)協(xié)議中沒(méi)有明確規定,廠(chǎng)家一般不采用此結構。電容器內部沒(méi)有熔絲保護,又不裝設外熔斷器僅采用微機保護,這種形式比較少,從保護可靠性、選擇性看,不如外熔斷器加微機保護,優(yōu)點(diǎn)是降低了成本。

2.2 電容器組運行中發(fā)生故障的類(lèi)別及對應保護措施

運行中變電站電容器故障通常有如下幾種情況:

2.2.1 電容器組和電容器總開(kāi)關(guān)之間連線(xiàn)故障;

2.2.2 電容器內部故障及其引出線(xiàn)短路;

2.2.3 電容器組中,某一故障電容器切除后所引起剩余電容器的過(guò)電壓;

2.2.4 所連接的母線(xiàn)失壓;

2.2.5 電容器組過(guò)電壓;

按照GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》規定:對3kV及以上的并聯(lián)電容器組的下列故障應分別裝設保護。

對2.2.1條故障采取在電容器總開(kāi)關(guān)保護中裝設限時(shí)速段保護和過(guò)流保護;對2.2.2條故障采用電容器組微機保護及外熔斷器保護;對于2.2.3條故障采用不平衡電壓保護,其原理當電容器發(fā)生故障后,其電容量發(fā)生變化,將引起電容器組內部相關(guān)的兩部分之間的電容量不平衡,形成的電壓差構成開(kāi)口三角電壓保護。這種保護的優(yōu)點(diǎn)是:不受系統接地故障和系統電壓不平衡的影響、不受三次諧波的影響、靈敏度高、使用的設備數量少、安裝簡(jiǎn)單,是中小容量電容器組常用的一種保護方式。其缺點(diǎn)是:放電線(xiàn)圈三相性能差異和電源三相不平衡都會(huì )產(chǎn)生起始不平衡電壓,將影響保護的靈敏度。為了避免電容器組合閘、斷路器三相合閘不同步、外部故障等情況下誤動(dòng)作,延時(shí)一般為0.1~1.0s;對于2.2.4條故障采用失壓保護,原因一是當電容器組停電后立即恢復送電,將造成電容器帶電荷合閘,致使電容器過(guò)電壓而損壞;二是當變電站停電后恢復送電,可能造成變壓器帶電容器合閘,變壓器與電容器的合閘涌流以及過(guò)電壓將使兩者均受到傷害;對于2.2.5條故障采用過(guò)電壓保護,按電容器端電壓不長(cháng)時(shí)間超過(guò)1.1倍電容器額定電壓的原則整定。

2.3 電容器組微機保護整定計算

目前我公司變電站運行中的并聯(lián)電容器組為單星形接線(xiàn),電容器內部小元件按先并后串且無(wú)熔絲,外部接線(xiàn)按有無(wú)并聯(lián)電容器及是否裝設專(zhuān)用單臺熔斷器方式連接。其中三個(gè)站采用LDBH201電容器組微機保護單元,電容器裝有專(zhuān)用單臺熔斷器;一個(gè)站采用DSB2030型電容器組微機保護單元,電容器未裝有單臺熔斷器。整定計算時(shí),不同廠(chǎng)家產(chǎn)品其整定要求不同,同時(shí)按照保護整定規程要求,電容器是否裝設專(zhuān)用單臺熔斷器其計算公式也不同。下面分別舉例說(shuō)明保護整定計算原則及結果。

2.3.1 DSB2030型微機保護單元保護整定計算:

110kV羅家變電容器組采用單純的微機保護,電容器未裝設單臺熔斷器,電容器型號為DS5-12/3000-3N,分三組投切,容量比為1:2:3,單星形接線(xiàn)。其參數如表1:

 

 

圖1 無(wú)單臺熔斷器電容器組

2.3.1.1 零序電壓整定計算

按照《3~110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規程》規定:應躲過(guò)由于三相電容的不平衡、電網(wǎng)電壓的不對稱(chēng)、正常時(shí)所存在的不平衡零序電壓,在整定時(shí)應盡量降低保護定值,以提高較高的靈敏度,同時(shí)應滿(mǎn)足廠(chǎng)家要求。

第一組和第二組開(kāi)口三角動(dòng)作電壓整定值:

 

 

式中:UDZ:開(kāi)口三角零序電壓整定值

U——————放電線(xiàn)圈的二次相電壓57.7V;(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比:10000/100)

N——————每相電容串段數為4

M——————每相電容并聯(lián)只數為2

考慮靈敏度要求,用公式(1)計算的值應盡量降低,

UDZ=5.77V≈5V

零序電壓定值?。?V,因該裝置程序中已經(jīng)固化為0.2s,因此動(dòng)作時(shí)限整定為0s。

第三組零序電壓:

 

 

U——————放電線(xiàn)圈的二次相電壓57.7V(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比:10000/100)

N——————每相電容串段數為4

M——————每相電容并聯(lián)只數為2

為取得較高的靈敏系數,在整定計算時(shí)應盡量降低保護定值,UDZ≈3.037V≈3V,因該裝置程序中已經(jīng)固化為0.2s,因此動(dòng)作時(shí)限整定為0s。

2.3.1.2 一、二段過(guò)流定值計算:

按照保護規程要求,電容器分別裝設限時(shí)電流速斷及過(guò)電流保護。按照廠(chǎng)家提供的動(dòng)作條件:裝置中動(dòng)作電流IDZ為A、C兩相電流相量差。

2.3.1.2.1 第一組整定值計算如下:

 

 

A、C兩相量差電流二次值IAC=1.732×0.874≈1.52(A)

第一組限時(shí)電流速斷定值IDZ=KKIAC=2.5×1.52≈3.8(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,由于該單元保護裝置內部已經(jīng)固化為0.2s,因此時(shí)限整定為0s。

第一組過(guò)流定值IDZ=KKIAC=1.8×1.52≈2.74(A),式中KK為可靠系數,取1.8。時(shí)限與電容器出線(xiàn)總開(kāi)關(guān)時(shí)限滿(mǎn)足選擇性要求,整定為0.5s。

2.3.1.2.2 第二組整定值計算如下:

 

 

A、C兩相量差電流二次值IAC=1.732×1.05≈1.818(A)

第二組限時(shí)電流速斷定值IDZ=KKIAC=2.5×1.818≈4.55(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,但該單元保護裝置內部已經(jīng)固化為0.2s,因此時(shí)限整定為0s。

第二組過(guò)流定值IDZ=KKIAC=1.8×1.818≈3.27(A),式中KK為可靠系數,取1.8。時(shí)限與電容器出線(xiàn)總開(kāi)關(guān)時(shí)限滿(mǎn)足選擇性要求,整定為0.5s。

2.3.1.2.3 第三組整定值計算如下:

 

 

A、C兩相量差電流二次值IAC=1.732×0.98≈1.70(A)

第三組限時(shí)電流速斷定值IDZ=KKIAC=2.5×1.70≈4.26(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,但該單元保護裝置內部已經(jīng)固化為0.2s,因此時(shí)限整定為0s。

第三組過(guò)流定值IDZ=KKIAC=1.8×1.70≈3.06(A),式中KK為可靠系數,取1.8。時(shí)限與電容器出線(xiàn)總開(kāi)關(guān)時(shí)限滿(mǎn)足選擇性要求,整定為0.5s。

2.3.2 LDBH201電容器組微機保護單元整定計算:

35kV刁口變電容器組采用單純的微機保護,電容器裝設單臺熔斷器,分三組不等容投切,容量比為1:2:3,單星形接線(xiàn)。其參數如表2:

表格 2

 

 

2.3.2.1 零序電壓整定計算

按照《3~110kV電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規程》規定:對于電容器裝有專(zhuān)用單臺熔斷器的情況,其開(kāi)口三角電壓整定值計算公式與上面計算不同。

第一組開(kāi)口三角電壓整定值:

 

 

式中:UDZ:開(kāi)口三角零序電壓

 

 

N:每相電容串段數為4

M:每相電容并聯(lián)只數為1

KLM:靈敏系數為1.5

NTV:電壓互感器變比為100(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比:10000/100)

β:?jiǎn)闻_電容器元件擊穿相對數為0.50

為躲過(guò)正常運行時(shí)不平衡電壓,UDZ=5.77V≈5V

零序電壓定值?。?V,動(dòng)作時(shí)限:0.2s

第二、三組開(kāi)口三角電壓整定值:

 

 

U——————放電線(xiàn)圈的二次相電壓57.7V;(實(shí)際放電線(xiàn)圈變比:10000/100)

N——————每相電容串段數為4

M——————每相電容并聯(lián)只數為2

為取得較高的靈敏系數,在整定計算時(shí)應盡量降低保護定值,UDZ≈3.73V≈3V

動(dòng)作時(shí)限取0.2s

2.3.2.2 一、二段過(guò)流定值計算:

按照保護規程要求,電容器分別裝設限時(shí)電流速斷及過(guò)電流保護。

2.3.2.2.1 第一組整定計算值如下

相電流二次值IE =[250/(11/√3)]/(50/5)≈1.31(A)

限時(shí)電流速斷定值取IDZ=KKIAC=2.5×1.31≈3.28(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,因此時(shí)限為0.2s。

過(guò)流定值取IDZ=KKIAC=1.8×1.31≈2.36(A),式中KK為可靠系數,取1.8s,時(shí)限取0.5s。

2.3.2.2.2 第二組整定計算值如下

相電流二次值IE =[500/(11/√3)]/(50/5)≈2.62(A)

限時(shí)電流速斷定值取IDZ=KKIAC=2.5×2.62≈6.55(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,因此時(shí)限為0.2s。

過(guò)流定值取IDZ=KKIAC=1.8×2.62≈4.71(A),式中KK為可靠系數,取1.8s,時(shí)限取0.5s。

2.3.2.2.3 第三組整定計算值如下

相電流二次值IE =[750/(11/√3)]/(50/5)≈3.94(A)

限時(shí)電流速斷定值取IDZ=KKIAC=2.5×3.94≈9.85(A),式中KK為可靠系數,取2.5。按照規程要求,時(shí)限取0.1~0.2s,因此時(shí)限為0.2s。

過(guò)流定值取IDZ=KKIAC=1.8×3.94≈7.09(A),式中KK為可靠系數,取1.8s,時(shí)限取0.5s。

根據對35kV刁口變整定計算結果與保護動(dòng)作數據對比可以看出,在投入第二組時(shí),之所以導致過(guò)流保護動(dòng)作,原因是動(dòng)作前裝置定值為1.5A,0.5s,實(shí)際保護動(dòng)作電流為2.50A。通過(guò)計算,第二組過(guò)流保護整定值應為4.71A,投入的定值遠小于實(shí)際計算值,因此導致保護誤動(dòng)作,將微機保護單元定值按照計算結果重新投入后,運行正常。

3 結束語(yǔ)

《國家電網(wǎng)公司預防高壓并聯(lián)電容器事故措施》規定:采用電容器成套裝置及集合式電容器時(shí),應要求廠(chǎng)家提供保護計算方法和保護整定值并進(jìn)行核算,避免電容器組保護定值錯誤而引發(fā)事故。電容器組保護動(dòng)作后,應對電容器組進(jìn)行檢測,未經(jīng)檢測核實(shí)確無(wú)故障,不得再投運,避免帶傷電容器再投運而引起爆炸起火。為此,我們向廠(chǎng)方索取了整定計算方法,并重新修訂了整定計算值。

同時(shí),在新電容器投入運行前,要求對電容器做不平衡保護動(dòng)作試驗,以檢驗保護裝置參數設置和動(dòng)作是否準確,試驗方法是:對于成套裝置,若每相有多臺并聯(lián),可拆除一臺電容器;若每相有多個(gè)串聯(lián)段,可將多串聯(lián)段中的一段短接,以人為制造一個(gè)不平衡故障,然后通電運行,看保護是否正確動(dòng)作。電容器裝置與其它電器設備不同,除非有特殊情況,否則嚴禁在不接入主保護(不平衡保護)的情況下合閘運行。

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