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无功补偿装置继电保护整定值的研究
 
摘要:近几年变电站无功补偿装置事故频繁发生,很多是产品质量以外的原因。譬如:未按照《并联电容器装置设计规范》要求设计、施工质量差、继电保护定值不合理等,均会造成无功补偿装置事故的发生。本文仅从继电保护定值分析无功补偿装置的事故,以便引起有关部门的足够重视。
 关键词:无功补偿装置;继电保护定值 
变电站无功补偿装置是补偿变压器线圈所消耗的无功和该站低压侧的无功负荷,为了供电系统的经济运行,无功补偿装置是变电站不可缺少的设备。继电保护定值不正确可造成无功设备投不上或起不到保护无功补偿装置的作用。试想如果保护定值过高,动作时间过长,在设备遭受系统过电压、过电流等外部故障时,无功设备不能迅速的脱离供电系统,势必造成设备的损坏。相反,保护定值过低,动作时间过短,必将会在正常的情况下,造成保护的误动,使无功设备投不上或不该脱离电源时却掉闸。这些都是运行所不允许的,所以正确的保护定值和动作时间,在无功设备的运行中起着非常重要的作用。下面就无功补偿装置继电保护问题,提出如下探讨。
1限时电流速断保护
并联电容器在正常情况下,有耐受涌流的能力,但当系统发生短路故障时,电容器组能迅速的脱离系统。为此,将电容器组设置限时电流速断保护。《3~110kV电网继电保护装置运行整定规程》(以下简称《整定规程》)中计算公式为:
IDZ=KKIE(1)
公式中KK为可靠系数,KK=3~5;IE为电容器组额定电流。大容量的电容器组在投切过程中,即便有串联电抗器,其涌流仍然很大,可达到额定电流的8~10倍,涌流振荡衰减时间为1/5周波,即4ms。有的整定计算将其动作时间整定为0s,这是不合理的。如果电容器组涌流较大,会造成保护的误动,使电容器组投不上。笔者认为如果将定值设定为8~10IE,可以将时间设为0s,如果将定值设定为3~5IE,应将时间设为0.1~0.2s,包括合闸涌流4ms的过渡过程。
2过电流保护
高压并联电容器技术条件要求电容器应能在有效值为1.3IE稳态过电流下运行,对于电容值具有最大正偏差的电容器,这种过电流允许达到1.43倍。即在正常情况下电容器组可以在1.43IE稳态过电流下运行。
这里可靠系数KK应取1.5~2。而笔者所在单位过去习惯将过流保护定值按该路电流互感器二次侧电流的1.5~2倍取值(即5×1.5=7.5A),动作时间采用0.5s。但在运行中,按这样的定值电容器组是很难动作的,即使一组大容量的电容器,譬如8Mvar的电容器,额定电压选,其额定电流也只有385A,换算到二次侧(电流互感器变比600/5)为3.2A,7.5A的定值已经是额定电流的2.34倍。超过了《整定规程》中1.5~2IE的要求。所以过电流的定值不应以电流互感器二次电流为标准,而应以所要保护的电容器组额定电流为计算依据。电容器组额定电流随着电容器组容量的增大而增大,那么保护定值也应随着额定电流的增大而增高。为防止误动或定值偏高,在1.5~1.8IE之间选龋
3过电压保护
过电压保护是电容器组在投入时,在系统过电压情况下,电容器组能迅速的脱离电源,避免造成电容器的损坏。
公式中KV为过电压系数,KV=1.1;XL为串联电抗器的感抗;XC为电容器组容抗;UE为电容器组额定线电压。需要强调的是不要混淆电容器组额定相电压(UEX)和电容器组额定线电压(UE)两个不同的概念,前者是电容器铭牌所标明的额定电压,后者比前者大倍。值得一提的是近几年在220kV及以上变电站,设计单位将电容器额定电压按照高一个等级选取,即串联6%电抗器的电容器额定电压取,串联12%电抗器的电容器额定电压取13/kV。这样计算出的过电压保护定值很高。如果按照此定值(见表1),母线侧电压将达到12.4~12.6kV,超过10kV最高电压。为了保证设备的完好和正确动作,可以规定过电压定值不允许超过117V。
另外,随着放电线圈制造工艺的进步,放电线圈已经达到0.5级的高精度。且放电线圈直接并联在电容器两端,可以从放电线圈二次侧取过电压保护定值的电压。其定值计算很简单,选择放电线圈二次电压的1.1倍即可。
4单星型接线电容器组开口三角电压保护
开口三角保护其二次电压一般在放电线圈处取值,保护设备涉及到两种类型的电容器,一是单台密集型电容器,二是单台小容量电容器。分述如下:
①单台密集型电容器K值的确定,应根据单台密集型电容器内部的串联段数和各串联段并联的电容器小元件数计算。该组电容器内部串并联数由厂家提供,然后根据公式
(4)计算出K值。
然后再根据公式(5)计算出开口三角零序电压和公式(6)计算出动作电压。
实践证明,用上述方法计算出的开口三角保护定值很小,一般为2~3V,正常情况下保护容易出现误动。可以采用以下方法解决,一是取灵敏系数KLM为1,二是将过电压系数KV取1.15,这是《整定规程》所允许的。
②单台小容量电容器组在计算开口三角保护定值时,首先要根据公式(7)确定K值。
K值计算各单位不尽相同,有的单位无论电容器容量为多少,K值全部取1。笔者认为不妥,单星型接线电容器组的开口三角电压保护是部分电容器切除或击穿后,故障相其余单台电容器所承受的电压不长期超过1.1倍额定电压的原则整定。试想一组6Mvar电容器组,当单台电容器容量选100kvar时,如果有一台电容器损坏,经计算不难得出,其余电容器仅承受1.017倍的额定电压,在如此低的电压就使电容器组脱离电源是不妥的。
相反,若按照《整定规程》的方法计算K值,当整组容量越大,单台容量越小时,计算出的K值就越大。譬如:一组7.8 Mvar的电容器组,单台容量为100 kvar,其K值为7。就是说,电容器运行时,出现一相有7台电容器故障时,开口三角保护才动作,电容器组才脱离电源,所以应该将计算出的K值取整(小数点后的数舍去)后再进行修正。其修正方法是,单台容量为334 kvar时,K最大取2,单台容量为200 kvar时,K最大取3,单台容量为100kvar时,K最大取5。这样即避免了定值偏小保护误动,也避免定值偏大多台损坏保护不动。K值确定后,根据(8)式计算开口三角零序电压,然后根据(6)式计算出开口三角零序电压动作值。
 

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