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并联电容器熔断器保护及其与不平衡保护的配合问题
更新时间:2020-01-22 发布:www.qdzsgj.com

摘要:文章重点计议了并联电容器内部故障庇护中普遍使用的熔断器庇护设置装备摆设及其与不服衡庇护的配合问题,指出经常使用的设置装备摆设原则中存在的问题,并提出了批改定见。
关头词:电容器故障庇护熔断器不服衡庇护  0前言  据全国电力系统高电压专业工作网无功抵偿装配专家工作组的统计分析,近年来高压并联电容器的年故障率近几年有所回升,从1997年前的0.4%左右回升到2000年的1%左右,少数省市还有跨越4%的,其中爆炸起火的恶性事故有上升的趋向,仅1999年就发生了十余起。分析讲明:除产物自身的质量问题外,运行中的操作过电压问题,加上装备参数设置装备摆设不合理、庇护设置装备摆设不妥等等也是引发恶性事故多发的直接缘由。事实上,在大都情况下,事故是有可能避免的,由于庇护设置装备摆设上的问题,主要是电容器内部故障庇护的设置装备摆设不妥,电容器有了故障而不能实时被检出并迅速隔离,才使故障继续成长、扩年夜,最终造成严重后果。  本文仅就使用最普遍的单台熔断器与继电庇护配合作为内部故障庇护方案在设置装备摆设中的一些问题进行计议,以供年夜家参考。  1熔断器庇护设置装备摆设的分析  1.1熔断器特征  单台庇护用熔断器属喷射式熔断器,主要靠熔断电流自身的能量发生气体熄灭电弧并开断故障电流,在电容器装配中常作为内部故障的主庇护,在我国运用十分普遍。  熔断器动作性能与经由过程的电流年夜小有关,其动作时间与电流的关系由熔断器熔丝的时间—电流特征曲线肯定,其反时限特征对故障电流开断是有益的。  基于熔断器的动作机理,在年夜电流下,其熄弧能力可充实阐扬,有较稳定的开断性能;在小电流下,则需在外弹簧的扶助下开断。这些开断均必需是无重击穿开断进程。熔断器的极限开断工频电流为1800A,极限开断放电能量为15kJ(现行尺度划定为12kJ),这两个限值都可能作为电容器组的并联容量限值的依据。但凡是并联最年夜容量主要受制于电容器的外壳耐爆能量值。  为了知足在小电流范围内,能具有足够短的动作时间,尺度对熔断器的时间—电流特征(包括其允许误差)划定了限值:1.1Inf(Inf为熔丝额定电流)时在4h内不得熔断,1.5Inf和2.0Inf下的熔断时间不得跨越75s和7.5s。  1.2熔丝额定电流Inf选定  为保证在电容器持久允许过电流条件下,熔断器不致误动作,尺度划定了熔丝额定电流应在(1.43~1.55Inf)范围内拔取。过年夜的Inf不能保证足够的动作活络度。  分析讲明了拔取较小的Inf/Inc(电流比),可获得更好的庇护特征,出格在小电流动作区内,这是由十分陡直的时间—电流特征肯定的。在新修订的尺度中,鉴于单台电容器的电容误差由±10%下降到±5%,故熔丝额定电流拔取范围降为(1.37~1.50)Inc,这对提高熔断器的庇护性能无疑是有益的。此外,改善运行条件,如在有用地控制谐波的条件下,可进一步下降电流比,按更小的电流比(1.30~1.35)选定Inf。  某些熔断器的质量差,熔断时间误差过年夜,是运行中引发误动作、群爆的主要缘由之一,但不能是以而更换偏年夜规格的熔丝,求得一时“安静冷静僻静”。这样做有可能使电容器一旦发生故障时损失需要的庇护。据领会,现场发生的电容器爆炸事故中,经分析多有发现问题出在熔断器上,或熔丝选配不妥,或按装不合要求等等,应当引觉得教训。  2电容器组接线方式对熔断器庇护的影响  接线方式对熔断器的动作行为的影响,主要反映在流进故障电容器电流Ig的年夜小,而故障电容器电压的年夜小又直接影响其故障继续成长的快慢。下面连系具体的电容器组接线进行计议。  2.110kV电容器组  由额定电压11/、12/kV电容器直接并联组成一相,按星形接线而成,接线方式是最简单的,电容器内部元件由4个串联段组成。当某一台电容器发生元件故障,故障率为g时,经推导(进程略),流过故障电容器的电流(Ig)与电容器并联台数(M),和单台电容器额定电流(Inc)的关系如(1)式所示。  凭据庇护设置装备摆设原则:当g=0.5~0.6时,熔断器应起头动作,即:要求Ig>1.1Inf。从(2)式可知:M≥2时,即能知足此要求。  表1给出了当g=0.5、0.75、1时(响应于电容器内部门别击穿2、3、4个串联段)Ig和熔断器动作时间t与M的关系(取M为2和15为例)。  需要指出是当g=0.75时,剩下一串健全元件所承受的过电压倍数为2.67倍,故很难庇护在熔断器开断前故障不成长,而一旦g=1,Ig则突增至4Inf当M=2时)或30Inf(当M=15时),前者动作时间约近1s,后者动作时间一般不跨越25ms,对后者的设置装备摆设显然要安心得多。  从本例的分析中可见:  (1)现行的熔断器庇护设置装备摆设原则存有不足的地方,主要是并联台数较少时,庇护动作的配合不理想。  (2)电容器并联台数M对熔断器的庇护效果影响是显著的,在一定容量时,选择单台容量小而并联台数多的方案,可有更好的庇护性能。  是以,建议对M较小的情况,增加对庇护设置装备摆设的校核:当g=0.75时,应有Ig>2.0Inf,即对应有最小并联台数为M≥4,此时,可保证在g=1时,Ig≥8Inf,其动作时间估量在0.1s左右。或说,对于10kV电容器组,为保证熔断器能迅速实时动作,除恰被选配熔丝外,要求并联台数足够多,最少不低于4台。  2.235kV电容器组  经常使用接线是由额定电压为11kV或12kV的电容器多台并联后串联毗连,组成单星形或双星形电容器组,此时N=2。电容器内部串联段n=7。以下划分计议单、双星形接线方式。(1)单星形接线方式  当某台电容器故障时,经推导可得:  假设,g=0.571时(即内部元件有4串被击穿,即k=4),由Ig>1.1Inf求得M≥3时,虽可知足现行设置装备摆设要求,但也存在着10kV的类似问题。经由过程计较可知:当M=3时g=0.714(k=5),Ig=1.5Inf;g=0.857(k=6)时Ig=2Inf。此时故障电容器内部健全元件的过电压已到达2.25倍和3倍。显然,此时熔断器的动作时间是偏慢了。由于电容器组串联段为N=2,当某台电容器内部全短路(g=1)时,故障电流遭到健全段电容器阻抗的限制,仅有Ig=1.5MInc=4.5Inc=3Inf,可见情况较10kV电容器组在M=2时更为严肃。  同理,我们按g=0.714时使Ig>2Inf斟酌,可推算得最小并联台数M为11。如按M=11设置装备摆设,在g=0.857时,其故降电流Ig=3.42Inf(此时故障电容器内健全元件的过电压达5.13倍);g=1时,Ig增至11Inf,动作时间约在50ms左右,可见,此时的庇护配合将靠得住多了。  (2)双星形接线仍按一样方式分析,故障电容器电流为:  先按现行设置装备摆设要求求得最小并联台数,有:g=0.571时(k=4),Ig>1.1Inf,得M≥4。从上式可看出,在一样的并联台数M下,对应一样的故障率,双星形接线时的Ig较单星形更低。这意味着双星形接线时,熔断器庇护的活络度不如单星形。这是电容器组选用接线方式时需注重的。  一样可求出在g=0.714(即故障元件k=5)时,保证Ig>2.0Inf的最小并联台数:M=18。如按M=18设置装备摆设,g=0.857(k=6),Ig=3.36Inf,此时,仅剩的1个健全元件组上过电压到5.04倍。如g=1(元件全击穿)时,Ig增至10.3Inf。  综上所述,在并联台数较少时,故障电流Ig的变化在小电流范围内,虽然熔断器的熔断特征在这区间内具有很陡的特征,但熔断器的庇护性能仍有可能因动作时间太长而得不到保证。为此,在斟酌设置装备摆设时,应针对分歧的接线方式按Ig≥2Inf来控制最小并联台数。  3熔断器庇护与避免电容器外壳爆裂  现代电容器采用薄膜作为主要介质材料,其内部元件组的串联数n较曩昔纸介质电容器较着削减,这对熔断器动作特征的配合提出更高的要求。从上述可见,只有当Ig>1.1Inf时,熔断器才起头发烧并进进动作区,此时,g=0.5~0.6,对应有长达数小时的动作时间,而故障电容器内部健全元件串段仅剩2~3个,随着故障成长,熔断器动作应当快于故障的成长,在故障到达内部元件全击穿之前实时开断,最迟应在电容器外壳发生破裂之前完成开断。否则,庇护将是无效的。可是,我国在故障特征和成长进程方面的研究工作展开甚少,今朝也还提供不出自己的电容器外壳爆裂几率曲线,这使庇护设置装备摆设带有一定的盲目性。  现实运行中,电容器的故障进程是十分复化的,故障成长速度及到外壳破坏的时间涣散性很年夜。凭据绍兴系统实验站在80年月所做的BWF及BGF型并联电容器外壳爆裂实验的成效,可知在以工频为主的故障电流下,外壳破坏的时间在0.2s到20余s,g=0.5时,也有可能故障不成长,在2.5In故障电流下,外壳破裂时间约2min左右。由于试品较少,这些数据仅能作为参考,但可以预料,现实的涣散性将跨越这个范围。前面计议中所提出的以最小并联台数的限建造为现行设置装备摆设原则的弥补,可以使g=1时的熔断器动作时间控制在0.1s或更短。这样,庇护将会更靠得住些。  4熔断器与不服衡庇护的配合  电容器组的不服衡庇护与外部熔断器同属于内部故障庇护的设置装备摆设。凭据并联电容器的国标报批稿(同等于IEC60871-1)的划定,凡是之外熔断器作为第一级庇护,不服衡继电庇护与过电流庇护为第二级庇护,也提到“在有些情况下,不服衡庇护比熔断器更为活络,这就意味着熔断器仅在例如跨越套管闪络或单元中的介质完全击穿时方能动作。在这类情况下,不服衡庇护是第一级庇护,而熔断器作为后备庇护。”在IEC60871-3“并联电容器和并联电容器组的庇护”中对不服衡庇护作了以下的划定:“不服衡庇护的主要目的是当临近故障电容器的无缺电容器上的过电压过年夜时发出警报或断开整个电容器组”。“另外一个作用是当故障未被熔断器断开时将电容器组撤出运行或庇护没有用内部或外部熔断器的电容器组。”  外熔断器与不服衡庇护的组合是现实装配中运用最普遍的庇护设置装备摆设之一。具体配合方式即“熔断器为第一级庇护、不服衡庇护为第二级”。其不服衡庇护(包括启齿三角电压庇护、差压庇护及中性线不服衡电流庇护等)的整定原则为在故障电容器被熔断器切除后,不使与之相并联的健全电容器上的过电压跨越1.1倍。该整定原则可以保证在故障电容器被熔断器切除后,余下的电容器上过电压只要不跨越1.1Unc,电容器组就可在缺台条件下继续运行。可是,这个庇护配合的条件是熔断器必需动作靠得住有用。我们注重到尺度划定的不服衡庇护的“另外一个作用是当故障未被熔断器断开时将电容器撤出运行”,即划定了在熔断器不能实时开断故障时,不服衡庇护将充任后备庇护的脚色,可是又“不能取代短路庇护”,由于不服衡庇护总是有0.2~0.5s的时延。显然,上文说起的不服衡庇护没有斟酌这一作用。  北京地域采用不服衡庇护直接按电容器内部故障率进行整定的方式,即按电容器无内外熔丝庇护的情况进行设置装备摆设,现实上是使不服衡庇护与熔断器庇护互为备用,从庇护配合的角度看,这样更为合理。据领会,在我省已有一些新投运的电容器组采用了这类庇护设置装备摆设方案。  凭据北京地域的运行经验,同时斟酌熔断器和不服衡庇护的动作活络区段,可以对现行的庇护配合作以下的批改:在并联台数M知足上述的最小并联台数限制条件时,熔断器按要求设置装备摆设,作为第一级庇护,不服衡庇护g=0.7~0.75整定(前者指35kV电容器组,电容器内部7个元件串联,4个故障)时延为0.2~0.5s,可作为熔断器庇护的后备和弥补。此时,若电容器极间短路突发于故障早期或成长进程中时,熔断器有0.1s或更短的动作时间,将先于不服衡庇护动作并开断故障。并联台数在最小并联台数限值之内时,建议将不服衡庇护按g=0.5整定,延时期取0.2~0.5s作为第一级庇护,熔断器则作为后备庇护,此时,不服衡庇护较熔断器有更高的活络度。不服衡庇护的方式可按分歧的接线和要求选择。  现实的电容器组接线方式颇多,熔断器在分歧接线中也有分歧的功能特征,宜对具体情况作具体分析后,提出最为合理的庇护方案。  5结论  今朝电容器组内部故障庇护经常使用的熔断器与不服衡庇护的配合是不够完善的,以最小并联台数限值提高和保证熔断动作活络度,同时,针对分歧情况,按分歧的故障率作为不服衡庇护的整定依据,以弥补和配合熔断器庇护的不足,可以提高庇护设置装备摆设的整体动作活络度,完善对电容器内部故障庇护的配合,使之更为合理。  参考文献  [1]DL442-91,高压并联电容器单台庇护用熔断器定货技术条件[S].  [2]IEC60871-3第一版1996-02标称电压1000V以上交流电力系统用并联电容器,第3部门:并联电容器和并联电容器组的庇护[S].  [3]IEC60871-1,1997,标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器,第1部门:总则—性能、实验和定额—平安要求—安装和运行导则[S].

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