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变电站高压无功补偿电容器装置及其保护装置

北极星电力网技术频道    作者:柏易 黄颖思   2009/5/14 11:18:25   

[摘 要] 补偿电容器组应安装于主变压器的低压绕组侧,其容量可按主变容量的15%~30%确定。电容器分组的技术原则为:投切电容器引起的母线电压波动应在允许范围内;谐波含量不应超过国家标准规定;不应发生谐振。电容器组应配置的继电保护装置。
[关键词]电容器 无功功率 标准 结线 继电保护 
 

前言
高压无功补偿装置由下列设备组成:并列电容器组、投切电容器的断路器、抑制谐波和涌流的串联电抗器、电压互感器、电流互感器、单台保护熔断器、过电压保护的氧化锌避雷器、放电线圈、继电保护装置、电压无功投切装置及相应的屏柜、构架、围栏等。
1 补偿电容器容量和分组
11 补偿电容器安装容量的有关规定
国家标准GB50227—1995《并联电容器设计规范》规定:“变电站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《电力系统电压和无功电力技术导则》和《全国供用电规则》的规定计算后确定。当不具备设计计算条件时,电容器组安装容量可按主变压器容量的15%~30%确定。”
12 补偿电容器的安装地点
电容器组应安装于主变压器的主要负荷侧,可降低变压器的损耗,提高母线电压,补偿效果最好。但当主要负荷侧电压为110kV及以上时,由于制造上的原因,宜选择66kV或35kV的电容器组安装于主变压器的第三绕组侧。330~500kV变电站中多台变压器第三绕组侧的电容器组不应并联运行,且不宜装设相互切换装置,以降低安装点的短路容量。110~220kV变电所多将电容器组安装于10kV侧。
13 确定补尝电容器容量的依据
(1)《电力系统电压和无功电力技术导则》规定:220kV变电站的35~110kV母线的允许电压偏差值,正常运行方式时为相应系统标称电压-3% ~ +17%“。
(2)《全国供用电规则》规定:“由高压供电的工业用户或装设有带负荷调整电压装置的高压工业用户,其功率因数要求达到90%以上。
14 补偿电容器容量的简略估算
装于主变压器第三绕组侧的电容器组,其总容量应不超过该绕组的额定容量。例如,我公司建设的220kV某高压变电站,主变压器额定电压为220/110/10kV,各绕组额定容量为:240/240/80MVA,装于低压绕组侧的10kV电容器组总容量选择为12X8016Kvar,分为12组,每组为8016Kvar。有关部门在编制GB50227-1995标准时,曾对全国220kV变电所中的电容器组的容量与变压器的容量比作过调查,东北、华北电网10%~20%占多数,华中电网20%以上占多数,上海电网10%~25%占多数,西南电网25%左右。因此,从实践讲,规定15%~30%作为不具备计算条件时,估算电容器组容量的简便方法是可行的。
 
2 补偿电容器组的接线
21 补偿电容器组接线的有关规定
国家标准GB50227-1995对高压并联电容器组的接线规定如下:
(1)电容器组宜采用星形或双星形的接线方式,在中性点非接地的电网中,星形接线的电容器组中性点不应接地;
(2)电容器组的每相或每个桥臂由多台电容器串、并联组合时,应采用先并联、后串联的接线方案。
22 补偿电容器组为何不采用三角形接线
    20世纪60年代,有一定比例的6~10kV电容器组,采用三角形接线,发生过多次电容器爆裂引起火灾事故。其原因是三角形接线电容器组发生全击穿短路时,相当于相间短路,注入故障点的能量不仅有故障相健全电容器的涌放电电流,还有其它两相电容器的涌放电电流和来自系统的短路电流。其数值远远超过电容器油箱的耐爆能量,而使油箱爆裂起火,损失严重。星形接线电容器组一相发生击穿短路时,其故障电流由于受到健全相容抗的限制,来自系统的工频电流将大大降低,最大不会超过电容器组额定电流3倍。只有来自同相健全电容器的涌放电电流,不存在来自其他两相电容器的涌放电电流,这就是星形接线电容器组发生油箱爆裂事故很少的主要原因。另外,在操作过电压方面,三角形接线电容器组附装的避雷器,其运行条件和保护效果均不如星形接线的电容组好。因此,从20世纪80年代以后,在变电站中不再选用三角形接线的电容器组。
23星形接线电容器组中性点为何不接地
我国66kV及以下的电网为非有效接地系统,即中性点不接地系统或经消弧线圈接地系统。且目前只生产66kV及以下电压等级的电容器组,因此星形接线电容器组的中性点不应接地。
24单星形接线和双星形接线
(1)电容器组单星形接线的优点是:接线简单,布置清晰;没有发生对称故障(对称故障系指双星形接线电容器组同相两臂同时发生一台电容器极间击穿的相同故障)的可能。
(2)双星形接线的优点是:在同等容量条件下,每串联段的并联台数为单星形接线的半数;一台电容器故障时承受的放电能量较小,防止电容器爆裂的裕度大;减轻了电容器组断路器的负担。
从有关部门统计的1998~2001年8个主要电容器生产厂提供的数据中表明:
采用单星形接线与双星形接线组数之比约为7:3;单组容量越大,采用双星形接线越有利
3   补偿电容器装置的保护
31 补偿电容器的内部故障保护
一台电容器是由若干个单元组成的,当电容器内部单元损坏50%~70%时,电流增大到1.5倍以上,喷射式熔断器会迅速熔断,将电容器与电网隔离,使装置退出运行。由于电容器组采用单星形接线,因此单相全击穿的短路电流为额定电流的3倍。喷射式熔断器有开断这个电流的能力。采用单台电容器保护用熔断器(喷射式熔断器)做电容器内部故障保护是可靠的,但对其熔断时产生的气流要有足够的空间,设计及安装应妥善考虑。
32 补偿电容器的过电压保护
补偿电容器装置中采用的高压并联电容器,根据国家标准规定:电容器可以允许在额定电压1.1倍时工作8小时。也就是说,其过电压能力为10%。高压电动机的过电压能力,根据GB50052-1995第4.0.4条正常运行情况下,用电设备端子处电压偏差允许值(以额定电压的百分数表示)宜符合下列要求:电动机为±5%。目前各个电机厂的样本资料也是允许电压偏差为±5%。上述标准说明电容器的过电压能力大于电动机,因此就地补偿装置中可不考虑过电压保护。如设置也应是电动机的过电压保护问题。
33 补偿电容器的操作过电压保护
电容器有一定的过电压的吸收能力,高压开关柜中设置的避雷器一般均为配电用或电动机用避雷器,不是用来保护电容器的。因此,对于频繁操作场合仍需设置电容器专用避雷器来解决操作过电压的保护问题。
34 补偿电容器的短路保护
1)在许多重要场合或电力公司的馈电站用10kV线路直接给高压电动机供电,为了防止事故扩大都要求设置短路保护。由于喷射式熔断器开断能力不能满足短路电流的需要,因此应采用限流熔断器。如装置内或电容器内部发生相对地、相间短路故障时,限流熔断器能将这个短路电流限制到预期值以下,不会影响整个系统。
2)变电站装设的补偿电容器,应设置过电流保护装置,以作为补偿电容器引线相间短路故障的保护。补偿电容器还应装设过电压和低电压保护。过电压保护可以防止电容器在过电压时发热胀肚或击穿爆炸;低电压保护可以防止在备用电源或自动重合闸自投合闸时,电容器端电压的叠加而损坏电容器。因为母线低电压时,低电压保护可将电容器从母线上断开。
3)补偿电容器组内部故障的主保护:单星形接线的电容器组应采用开口三角形电压保护;双星形接线的电容器应采用中性点不平衡电流保护。
4. 补偿电容器装置的安全措施
为了防止事故的发生,应遵守GB50062-1992《3-110kV高压配电装置设计规范》第2.0.4条屋内配电装置应设置防止误入带电间隔的闭锁装置的规定。应采用高压带电显示器和柜门上装电磁锁组成的强制闭锁系统,可以满足要求。当装置带有高电压时,显示器会不停地地闪烁,警示和告诉运行人员:本装置已送高压电。这时装置门上的电磁锁被锁死。因此,装置门不能简单地打开,以防止运行人员单独误入带电间隔。如确需将门打开,则按规定领取电磁锁钥匙,实行一人操作一人监护方式进行。这个措施完全符合电力部门标准DL408-199《电业安全工作规程》的规定。在装置的外面还要安装“高压危险”带有闪电标识的警告牌。在装置的安全问题上必须体现“以人为本”的思想,决不可掉以轻心。
5. 结束语
补偿电容器组是变电站和大电力用户的重要电气设备之一。正确选用补偿电容量及分组,可以发挥最佳的补偿功能,减少变电环节和用电环节的有无功损耗。对电力系统的安全经济运行是有很大好处的。

来源:重庆电力设计院
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