并联电容器组保护概述

01、并联电容器组保护概述

一般在变电站的低压侧通常装设并联电容器组，以补偿无功功率的不足，来提高母线电压质量，降低电能损耗，达到系统稳定运行的目的。

高压并联电容器装置主要由高压电容器、串联电抗器、放电线圈、氧化锌避雷器、接地闸刀、支柱绝缘子、连接母线和电容器台架构等设备组成。

并联电容器组可以接成星形（包括双星形），也可接成三角形。需要指出，相同容量的电容器接成三角形时，发出的无功功率是星形连接的3倍，但每相电容器上承受的电压是星形连接时的3倍（绝缘的要求相应提高）。

按照装置布置形式可分为柜式、框架式布置方式：

①柜式电容器装置结构即将配置的电容器单元器件安装在柜体内的结构，并电抗器柜、放电柜、电容器柜组成。

②框架式电容器装置结构即由角钢、槽钢等组成的框架，电容器单元安装在框架上，按照需要多个模块之间连接并与支柱绝缘子组成各种容量和电压等级的电容器组。

在较大容量的电容器组中，电压中的小量高次谐波，在电容器中产生较大的高次谐波电流，容易造成电容器的过负荷，为此可在每相电容器组中串接一只电抗器以限制高次谐波电流。

02、电容器组的故障和不正常运行情况

（1）电容器组与断路器之间连接线以及电容器组内部连线上的相间短路故障和接地故障。

（2）电容器组的故障，指的是电容器内部极间短路以及电容器组中多台电容器故障。

（3）电容器组过负荷。

（4）电容器组的供电电压升高。

（5）电容器组失压。

03、电容器组保护配置

依据继电保护相关规定，电容器组应配置不平衡保护，并且准确的配置不仅能保证设备发生故障时正确动作，防止保护误动、拒动等异常事件发生。

根据保护要求、接线方式等不同的选择。

电容器装置一般设外熔丝、内熔丝保护，二级保护有单星开口三角电压保护、双星中性点不平衡电流保护，相电压差动保护、桥式电流保护等，另外系统还设过电压、欠电压、过电流等保护。

3.1 过流保护

对电容器组与断路器之间连接线以及电容器组内部连线上的相间短路故障，应装设带短时限的过电流保护，动作于跳闸。

继电器动作电流按躲过电容器组长期允许的最大工作电流整定。

过电流保护经0.3~0.5s延时跳闸，以躲过电容器组投入时的涌流，同时也躲过F-C回路控制时熔断器的熔断时间。

过电流保护一般是两段式或三段式。当为两段式时，第Ⅱ段兼做过负荷保护用，通常为定时限特性。当为三段式时，第Ⅱ段为定时限特性，第Ⅲ段可以是定时限特性，可以是反时限特性。

Tips：F-C控制回路

F-C回路是由高压限流式熔断器（Fuse）和真空接触器（Contactor）构成的开关回路，是集成化的多功能综合继电保护装置及操作过电压吸收装置所组成的具有各种保护功能的新型配电装置，主要用于高压电动机和变压器的操作和保护。早在70年代，国外就有许多大容量发电厂高压厂用电系统采用F-C回路，自80年代末，F-C回路在我国大机组高压厂用电系统得到推广。如今在中小机组和其他行业的中压配电装置上也时有采用。

F-C回路可用于短路电流不大于40kA的高压厂用电系统，当电机容量小于800kW或者变压器容量小于1200kV·A时，都可以使用F-C回路，相比用断路器开关柜要便宜。

一般具有高分断能力的断路器其额定电流也大，集控制、保护功能于一体造价高，用它去控制高压电动机操作频繁。而以F-C回路取代断路器，接触器承担了全部的控制功能和部分保护功能；通过恰当的继电保护装置后，接触器能够开断一定的过载电流，并且可以频繁操作，充分发挥接触器寿命长的优势，而短路保护由熔断器担当。

Tips：定时限特性与反时限特性

定时限：即保护装置的动作时间是固定的，与短路电流的大小无关；

反时限：即保护装置的动作时间与反应到继电器中的短路电流大小成反比关系，短路电流越大，动作时间越短，反时限特性也称反比延时特性。

3.2 电容器组不平衡保护（详见下节04 电容器组不平衡保护四种接线方式）

3.3 电容器组过负荷保护

电容器组过负荷是由系统过电压及高次谐波所引起。按规定电容器应能在1.3倍额定电流下长期运行，对于电容量具有最大正偏差（100%）的电容器，过电流允许达到1.43倍额定电流。

电容器组必装设反映稳态电压升高的过电压保护，而且大容量电容器组一般装设抑制高次谐波的串联电抗器，在这种情况下可不装过负荷保护。

仅当系统高次谐波含量较高或实测电容器回路电流超过允许值时，才装设过负荷保护。保护延时动作于信号。

为与电容器过载特性相配合，宜采用反时限特性过负荷保护。

一般情况下，过负荷保护与过电流保护结合在一起。

3.4电容器组的过电压保护

电容器组的过电压保护与多台电容器切除后的过电压保护，其作用是完全不同的。

前者是供电电压过高保护整个电容器组不损坏，后者是在供电电压正常情况下，电容器组内部故障K台电容器切除后，使电容器上电压分布不均匀，保护切除电容器组使该段上剩余电容器不受过电压损坏。

因此，保护构成的原理也是不同的。

电容器组只能允许在1.1倍额定电压下长期运行，当供电母线稳态电压升高时，过电压保护应动作，带时限发信号或跳闸。

过电压保护应采用反时限特性，但为简化，一般采用定时限特性。

当电容器组设有以电压为判据的自动投切装置时，可不设过电压保护。

3.5电容器组的低电压保护

当供电电压消失，电力系统自动重合闸使电容器重新带电时，会产生不期望的暂态过程，此时需要跳开电容器组以阻止该过程。

电容器组失去电源开始放电，其上电压逐渐降低。若残余电压未放电到0.1倍额定电压就恢复供电，则电容器组上将承受高于1,1倍额定电压的合闸过电压，导致电容器组的损坏，因而装设低电压保护。

低电压保护所用电压接于高压母线电压互感器的二次侧，只有当三相电压同时降低到低电压动作值时，保护才可动作。

3.6其他保护

微机型电容器组保护除上述保护功能外，一般还具有自动投切功能或低压自投功能。

自动投切功能指的是电压偏高时自动切除电容器组，电压偏低时自动投入电容器组，以调节母线电压，该功能可由控制字设定为投入或退出。

对于电容器组中采用的串联电抗器，因其容量较小，一般不装设继电保护。

对于油浸自冷式电抗器，主要利用气体继电器作电抗器内部故障的保护。重瓦斯动作于跳闸，轻瓦斯动作于信号。