并联电容器组的分散式保护测控装置

电力18讯：    
王新年 东南大学


电力系统各点的无功是否平衡，直接影响到电压稳定及电能质量。并联电容器组是目前国内变电所中普遍采用的一种无功补偿措施。它是通过多台电容器串、并联组合而成，串联以满足运行电压要求，并联以满足容量要求。并联电容器组的接线方式灵活，传统的接线方式有单星形和双星型，近期江苏110 kV变电所因工程实际需求，出现了几种较特殊的组合接线方式。

分散式保护测控装置集保护、测量、控制等功能于一体，体积小而经济。近年来在35 kV及以下电压等级得到了广泛应用。本文探讨了110 kV变电所中并联电容器组的保护测控装置配置方案。

1 并联电容器组的接线

并联电容器组通常根据电压和容量的要求由多台电容器串并联组成。国内高压并联电容器组主要采用单星形接线或双星形接线两种方式，中性点非直接接地电网中星形中性点均不接地。限制涌流和抑止谐波用的串联电抗器安装位置由技术经济综合比较确定。

江苏电网近年来为进一步满足电网电压调整的要求，有了半容量投切电容器组的需求，从而新出现了图1所示的组合接线。

图1（a）中两组半容量电容器共用一个断路器，运行时可以根据需要投入半容量或全容量。与以往工程的接线相比，该接线在实际应用中更适应变电所无供补偿容量，进一步满足了电网电压调整要求；与每组半容量电容器单独使用一个断路器的接线相比，该接线节省了投资和占地。

图1（a）接线的缺点是，变电所的电容器组无法做到运行中的半容量投切，必须在全部断开两组半容量后，通过每组电容器本身的隔离开关合分操作，才能进一步实现半容量投切。这样会短时出现母线电压的较大波动，若对无功补偿有苛刻要求的变电所而言难以接受。图1（c）接线投资较大，但运行方式上最具有灵活性，半容量电容器组本身设有断路器，适合就地或远方遥控操作，可以实现运行过程中的半容量投切。

图1（b）接线半容量电容器组仅设负荷开关，少数情况下也可以通过操作负荷开关实现运行中的投切，投资费用和占地均少于图1（c）接线，但可靠性劣于后者。负荷开关选择必须满足分合大容性电流的要求。

以上组合接线除适用于有半容量需求的变电所外，在变电所扩建工程中，尤其是低压侧缺少备用间隔的情况下，将两组电容器合用一个间隔也能起到效果，但有关设备参数需要核算。

2 并联电容器组的保护配置

电容器击穿乃至爆裂的事故时有发生，因而需要分析电容器的故障类型，进而配置合理的保护。

电力系统并联电容器组的故障可大致分为两类：一是电网异常运行工况对电容器组造成危害；二是电容器组的内部故障。针对上述故障需要配置相应的保护。电网异常工况的电容器保护配置主要有过电压保护、失压保护、引线短路保护、过负荷保护、单相接地故障保护等；并联电容器组内部故障保护配置主要有不平衡电压保护（单星形）、分相差压保护、中性点不平衡保护（双星形）。江苏电网中单星形接线方式的大量并联电容器组使用了分相差压保护，双星形接线方式的并联电容器组广泛应用了中性点不平衡电流保护。

3 分散式保护测控装置

2002年以来，江苏电网新建220 kV变电所按无人值班设计，采用计算机监控系统实现控制、测量和远动等功能。《江苏省35~220 kV变电所设计技术导则》中推荐变电所35/10 kV侧保护和测控装置合一，因而集保护、控制、测量、遥信、以及与监控后台通信等功能于一体的分散式保护测控装置，开始在江苏电网35 kV及以下电压等级广泛应用。分散式保护测控装置的另一优点是可就地安装于高压开关柜上，节省变电所屏位的同时，也节省了大量的控制电缆，从而减小了电流电压和跳闸回路的负载。

采用分散式保护测控合一装置给我们带来了经济性，但不能因此降低对这些装置的技术要求。相反，由于运行于与一次设备相邻的高压电磁环境，装置的电磁兼容抗干扰性能和耐压水平等必须提高到相当水平。保护和测控合一必须做到有机结合，不能仅侧重某方面而忽视了其它方面。保护功能与测量控制功能应相对独立，但通信功能和操作回路等可以一并考虑。例如保护装置与监控后台通信不畅的情况，以及监控装置保护功能不健全的情况，这在江苏电网少数变电所都出现过。

另外，分散式保护测控装置属于微电子产品，环境温度对其工作影响较大，安装于开关柜上宜使开关室温度控制在0~40 ℃范围，还应避免大幅度的温差变化（每小时不宜超过±5℃）。


对图1（a）（b）（c）中的三种新的组合接线方式，保护测控配置的原理方法与常规的单星形或双星形接线并联电容器组相同，不再赘述。但由于接线方式、设备数量及安装位置的不同，实际配置又有所差异。

对图1（a）（b）两种组合接线，无论反映电网异常工况的保护，还是反映分回路电容器内部故障的保护，均<