牵引所高压电容器组差压保护的整定

来源:用户上传      作者: 王鹏

　　摘 要： 通过牵引所电容差压保护特点的分析，提出电容差压保护整定的计算及原则。
　　关键词： 牵引；高压电容器；差压保护
　　中图分类号：TM771 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210128－01
　　1 问题的提出
　　牵引变电所高压电容器的差压保护用于电容器内部故障及电容器局部过电压的保护。差压保护具有灵敏度高、保护范围大、不受合闸涌流及高次谐波影响的特点，正确合理的设置其保护定值是防止差压发生误动或拒动的有效手段。
　　2 差压保护的工作原理
　　差压保护是将电容器组分成电气参数相同的两组串联，在正常情况下，由于两组串联的电容器组的容抗相同，故在两组串联电容组上的电压相同，在任一组电容内部发生故障时，其容抗参数发生变化，这时分配在两组电容上的电压发生变化而不再相等从而产生所谓的差压，该电压达到一定程度后，断开电容器回路的断路器，达到保护电容器组的目的，以避免其他连锁事件的发生。
　　3 差压保护的基本要求
　　根据继电保护的基本要求，差压保护必须满足可靠性和灵敏性的要求。
　　根据可靠性要求，要求差压保护正常情况下，保证不能误动作，即：
　　
　　
　　根据灵敏性要求，在电容器组内部任意一电容应熔断器熔断退出运行或任一电容击穿时，差压必须可靠动作，即：
　　
　　
　　上两式中：
　　KK为可靠系数，要求不小于1.2，KL为灵敏系数，要求不小于1.5。
　　ΔU'为正常时两组串联电容器组间的差压，ΔU为电容组发生故障时，串联电容组间的差压。
　　nu为放电线圈的电压变比，密集式电容一般为180，组装式电容一般为210。
　　4 差压保护的整定计算
　　根据上边的分析，差压保护的整定计算关键时计算ΔU'及ΔU。
　　4.1 电容器组正常差压的计算
　　电容器组正常情况差压由三部分组成：因电容器本省的制造工艺形成的电容容量的误差产生的压差；差压控制电缆与单相电缆近距离平行敷设时产生的感应电压。
　　1）根据DL/T604-2009《高压并联电容器装置使用技术条件》的规定，“电容器容许的电容偏差为装置额定电容的0～5%；电容器组各串联段最大与最小电容之比不应超过1.02，并满足保护整定要求”。
　　根据此要求，对于密集式电容，制造厂家可以保证各串联段最大与最小电容之比不应超过1.02，此时电容器组上产生的最大差压：
　　
　　
　　对于组装式电容器组，由于为现场安装，单个电容容量的电容偏差分布按照额定容量的0～5%，极端情况下，电容组串联段最大与最小电容之比不超过1.05，此时电容器组上产生的最大差压：
　　
　　
　　上两式中Umax为牵引所27.5KV母线最高电压，一般取29KV，k为电容器组的电抗率，一般为0.12。
　　μ是一个与电容数量相关的系数，电容数量越大，其值越小。
　　2）在以前的牵引所设计中，电容器的回流通过地网进行，它对差压控制电缆产生的附加电缆很小。在最近的牵引所设计中，由于电容器的回流采用电缆回流，回流电缆一般设置于二次电缆沟内，与差压控制电缆平行敷设，一般距离可达50m～100m左右，此时在差压控制电缆上产生的附加电压可达0.2～0.4V。
　　根据以上的分析，对于早期采用地网回流的电容器组的密集式电容，其差压定值。
　　4.2 电容器组故障时差压的计算
　　牵引所的电容器组是由4个或2个电容串起来一个串，再并将若干小段并起来组成一个大段，最后将两个大段串起来组成完整的电容器组，电容器组的差压指的是两大段电容之间的电压差。
　　设小串的上的电容串联数为m，大串的并联数为n，电容容量为C，当任意一个电容上的因故熔断后，该电容所在小段电容全部退出工作，此时，正常大段和非正常大段的总电容分别为：
　　
　　两段电容上产生的最小差压为：
　　
　　上式中kg为电容器组中一台电容故障时的电容器组的电抗率。经过简单的推导：
　　
　　4.3 电容器组保护的差压整定计算
　　经过上边的分析，电容器组保护的差压整定保护同时兼顾可靠性和灵敏性的要求，其值须在下范围内：
　　
　　
　　5 电容保护整定的实例
　　某一牵引所电容总容量为8000KVAR，单个电容容量为400KVR，额定电压为10.5KV，电容器组总的电抗率为0.12。放电线圈的电压变比为21/0.1=210。
　　由电容的额定电压可知，电容组的小段串联数m=2，大串并联数n=5。电容组的回流采用电缆回流方式。
　　由上边的讨论可知，为保证保护动作的可靠性，其差压定值最小为：
　　
　　为保证动作的灵敏性，差压保护定值最大为：
　　
　　兼顾保护动作的可靠性和灵敏性，其差压保护定值可设为5.5V。
　　
　　事实上，该变电所实际测量到的最大差压为2.18V，超过了通常2V的常规值。在上边的讨论中，对于电容制造参数的偏差按照极端情况处理，致使计算出来的正常差压（4.31V）远大于实际测量值，若考虑电容数量比较多，总电容参数偏差按照最大偏差的一半考虑，则计算出的正常差压为2.35V，已经非常接近实际测量值。
　　当电容数量比较大时，总电容参数偏差与最大偏差的比值更小，两个大段之间的正常差压更小。对于容量比较大的牵引所保护，为兼顾动作的灵敏性，其值可以取的小一些，以保证其灵敏性不小于规范规定的值。
　　6 结论
　　电容差压保护的定值设置必须兼顾保护的可靠性和灵敏性的要求，按照实际情况进行计算整定，在电容初次投运后，再根据实际测量数据进行调整，以保证其正确可靠的发挥作用。在通常情况下，对于组装式电容器组，电容器组小段并联数3～5时，保护定值取5V左右，在6～8时，保护定值取3.5V左右，一般均可满足可靠性与灵敏性的要求。

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