第四章 电容器的继电保护技术(2)

护。?

计算如下：?

(1)单台电容器额定电流为?

I ?N= Q ?N U ?N = 100 11/ 3 =15.75(A)? (2)单台电容器容抗为?

X ?N= 11000/ 3 15. 75 =403.2(Ω)? (3)正常时每臂容抗为?

X ?s= X ?N M = 403.2 5 =80.64 (Ω) ? (4)正常时每相容抗为?

X= X ?s 2 = 80.64 2 =40.32(Ω)? 正常时每相额定电流为?

I ??A??= Q ??N??/ 3 U=3000/ 3 ×11=157.5 (A)?

(5)电抗器的主要作用是限制谐波电流与合闸时的涌流，由于电抗器的电抗很小，对电容器 内部元件故障时中性点不平衡电流的影响不大，所以在本例计算时将电抗器电抗近似视为零 。?

(6)单台电容器的熔丝保护。根据式(9)得?

I ??FU?=1.5 I ?N=1.5×15.75=23.63(A)? 取额定电流为24A熔丝或25A的熔丝。? (7)第I段中性点电流平衡保护计算。?

①当击穿系数λ=1时，流过中性点的不平衡电流计算，按式(1)计算? I ??ub? = 3 λ 6N［1+(1-λ)(M-1)］-5λ I 〗??AN?? = 3 λ 6［1+(1-1)(5-1)］-5 15.75×5?=236.25 (A)? ? ②继电器动作电流为?

I ??K，act?≤ I ??ub? K ??sen? n ??TA? = 236.25A 2×20/5 =29.53(A)?

由于最低运行电压为10kV比11kV低9%。因此 I ??K， act?值也相应降低9%，即为26.85A。?

③当 λ=1时，流过故障电容器的电流由式(3)计算? I ?K = 6 N 6N［1+(1-λ)(M-1)］-5λ I ? ?AN?? =6×15.75×5=472.5(A) ?

考虑到最低运行电压为10kV，相应故障电容器全击穿时通过的故障电流为430A，此时 如采用24A熔断器，型号为BR2-10/50P型，其熔断时间约为65～70ms。而此时流入零序电流 平衡保护的一次电流为215A以上，大大高于动作电流118A，能使零序电流平衡保护可靠动作 。?

④零序电流平衡继电保护动作时限取 t ?I=0.12～0.1 5s即可。? (8)第Ⅱ段中性点电流平衡保护。?

①取击穿系数λ=0.75(内部元件击穿3串)时，中性点不平衡电流计算可参见式(2)，作如下 计算?

I ??ub? = 3 λ 1+(1-λ)(6M-1) I ??AN?? = 3×0.75 1+(1-0.75)(6×5-1) ×15.75×5? =21.5(A) ?

②电流继电器动作电流按式(12)计算如下?

I ??K，act?≥ K ??rel? K ??ub? I ? ?N??/ n ??TA?? ≥1.15×0.025×157.5÷20/5=1.132 ?

按式(13)计算则有?

I ??K，act?≤ I ? ?ub? K ??sen? n ??TA? = 21.5 1.2×4 =4.48(A)? 如果运行电压为10kV时，相当于降低9%，因此，按此式计算中的?4.48A?可改为4.08A。?

保护继电器实际电流取? I ??K，act?=2.5A?

③当击穿系数 λ=0.75时，通过故障电容器的电流，由式(4)计算为? I ?K = 6 1+(1- λ)(6M-1) ×15.75×5?

= 6 1+(1-0.75)(6×5-1) ×15.75×5?=57.3 (A)? ?

由上计算可见在 λ 为0.75时，流过故障电容器的单台熔丝电 流为57.3A，如果运行电压降到9 1%时此电流值约为52A水平，此时，故障电流和熔丝额定电流之比为52/24=2.17倍，因此， 其熔断时间肯定小于75s～80s水平，按特性曲线查得为10s内熔断。? ④第Ⅱ段另流平衡继电器动作时限取 t?Ⅱ=60 s。?

⑤核对当退出 K台电容器后第Ⅱ段电流平衡保护动作情况：?

a.计算在运行电压为10. 7 kV时当退出 K台电容器后的电容器过电压情况。计算 可参照前述式(7)计算如下。? K=1,此时有?

U ?K = 6 MN 6N(M-N)+5K U ??n，c? ? = 6×5×1 6×1(5-1)+5 ×10.7? =11.068(kV) ? K=2，此时有?

U ?K= 30 28 ×10.7=11.46(k V)? K=3，此时有? U ?K=11.9(kV)?

由 K =1～3计算可见，故障臂中电容器退出3台后在最高运行 电压为10.7kV时，还达不到1.1× 11后的过电压退出要求，而只有当最高运行电压为11kV时，才要求退出整组电容器。因此极 限系数 K=3。?

b.核算在第Ⅱ段电流平衡保护动作电流启动时的退出台数K 为多少，可由式(5)计算? I ??nk?= 3 I ??AN? 6 N M K -1 +5 = 3×5×15.75 24+5 =8.15 (A)? K=2，此时有?

I ??nk?= 3×5×15.75 14 =16.8 75(A)? 根据以上 K=1～2的计算结果可见：?

当K=1时，中性线通过8.15 A低于电流平衡保护第Ⅱ段的启动电流10A之数 值。?

当 K =2时，中性线上通过16.875A，即使运行电压下 降为91%，也有15.4A，比启动电流10A大1 .5倍，因此可启动。也即当 K =2时，电容器组能够由 第Ⅱ段电流平衡保护来切除，作运行检 查。该动作电流比 ?K=3?极限系数提高了，如为要和 K=3极 限系数相同，则可将电流定值再由2. 5A放大到5A，相当于一次动作电流为20A，可以完全躲开 K=2的切除操作。但 实际上 K=2或3已 无关紧要，因为电容器组已有K=1单元退出了， 所以仍取动作电流为2.5A 来保证第Ⅱ段电流元件的灵敏度为妥。?

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电力系统继电保护新技术与故障检验调试

电力主设备继电保护新技术

第四章 电容器的继电保护技术? ?

第二节 三角形接线的横差电流保护新技术? 工作原理 ?

三角形接线的横差电流保护装置是用于双三角形接线电容器组的内部故障保护装置，防止由 于电容器内部元件击穿造成电容器的爆炸或扩大成相间故障而动作于跳闸。?

双三角形接线的电容器组一次接线及保护用电流互感器的连接方式如图4.2.1所示。电容器 组每 一相的电容器接成两个臂，每臂的电容器可以根据安装容量以及额定相间电压的要求，接成 有 M个电容器并联、有N串串联的形式。两个臂电容器的总容量应该相等 ，并且在安 装电容器组设备时，应尽量减小两臂电容器之间的不平衡度。三角形接线的各相间的每组电 容器 都应按以上所述的要求连接。保护用电互感器采用相同变比并串接在每一臂电容器的连接线 上，其二次绕组按差电流接线方式连接。?? 〖请看图片D30，+45mm。75mm，BP#〗

图4.2.1 三角形接线横差电流保护原理图 〗 ? 电容器组在正常运行时，由于每一臂中通过的电流相等，所以在电流互感器二次侧所得到电 流也相等，这样连接到继电器回路中的电流为 I ?K= I ? I- I ?Ⅱ=0( I ? I、 I ?Ⅱ为两个臂的电流)或仅仅流过不平衡电流即? I ?K?= I ?I- I ?Ⅱ= I ??ub?( I ??ub ?为不平衡电流)，此 时电流继电器不会动作。当每组电容器某一臂中某一台电容器内部元件发生击穿故障时，两 臂通过的电流不再相等，即 I ?I≠

I ?Ⅱ，这样就有一定量的差电流通过继电器，当差 电流达到继电器的整定值时，保护动作出口跳闸。?

当某臂中一台电容器内部元件发生击穿，设击穿系数为 λ，故障臂中通过的 一次电流为? I ??1K?= U 〗??LN? X ?C × M［1+(1-λ)(M-1)］ M(1-λ)+(N-1)［1+(1-λ)(M-1)］ (1)?

式中 I ??1K?——故障臂中通过的电流；? U ??LN?——电网额定线电压；? X ?C ——每台电容器容抗；?

M、N——每一臂单台电容器的并联数和串联节数。? 正常臂电容器通过的一次电流为?

I ?Ⅱ= U ? ?LN? X ?C M N (2)?

式中 I ?Ⅱ——第Ⅱ臂(正常臂)中通过的电流。?

故障与正常运行臂之间差电流的一次值为? I ??KD，1?= I ? ?1k?- I ?Ⅱ (3)?

对于 N=1时，在一臂中如发生单台电容器击穿，当λ=1时，即为相间二相短 路电流；当λ≠ 1时，则其故障电容器通过的电流由击穿程度来决定，由于线间电压未发生变化，因此可以 如下简单计算? I ?k= I ? n 1-λ ? λ=0 I ?k= I ?N?

λ=0.25 I ?k=1.333 I ?N? λ=0.5 I ?k=2 I ?N? λ=0.75 I ?k=4 I ?N?

λ=0 I ?k=∞ 即相间短 路电流?

当串联数 N>1时，由于单台电容器熔丝熔断，使 K台电容器退 出运行，同样也会造成 故障臂中故障段的其余正常电容器两端电压升高。因此，双三角形接线的横差电流保护也必 须在正常电容器两端电压超过允许长期运行的最高电压时动作跳闸。? 当第I臂中有 K台电容器退出运行，通过第I臂的电流为?

I ??IK?= U 〗?? LN? X ?C M(M-K) N (M-K)+K (4)? 第Ⅱ臂(正常臂)电容器中通过的电流如式(2)。? 退出K台电容器后，两臂之间的差电流一次值为? U ??KD，1?= I ? ?IK?- I ?Ⅱ ?

退出 K台电容器运行的一串电容器的总电容器量减少，容抗将增大，这样 在故 障串电容器两端电压就有可能超过允许的长期最高运行电压。退出K台电容器后，故障串电 容器两端的电压为?

U ??SK?= U ? ?LN? M N(M-K)+K ?

电容器最大允许长期运行电压为电容器额定电压的 1.1 倍，所以得 ? U ??S，K?≤1.1 U ?N?

即 U ??LN，max? I ??N，max? ≤ N(M-K)+K M ? U ??N，max?=1.1 U ? N (5)?

式中 U ??LN，max?——电网最高运行线电压；? U ?N——电容器的额定电压。?

当电容器的串联数 N=1时，无论退出多少台电容器在其余正常运行的电容 器两 端的电压始终为电网的线电压，即与正常运行时的电压相同。从式⑥也可看出，当N>1时? U ??LN，max? I ??N，max? ≤1 (6)?

可见，则 N=1时，电网的最高运行电压应始终小于单台电容器的最高允许电 压。?

例如，电网最高运行线电压为38.5 V，每台电容器的额定电压为?10.5V?， M=10，N=4，根据式(6)，可得最多允许退出电容器的台数K满足下式? 38.5 1.1×10.5 ≤ 40-3K 10 ?

解得K≤2.22，取K=2，即在上述情况最多允许退出2台电容器，否则将会使有故障节电容器 段中正常运行的电容器过电压。? 构成的保护接线 ?

双三角形接线的横差电流保护二次展开图如图4.2.2所示。? 〖请看图片D31，+88mm。62mm，BP#〗

图4.2.2 三角形接线横差? 电流保护展开图? 〗

整套继电保护共需要六台保护用电流互感器，即每一臂使用一台。两台相同变比的电流互感 器的二次绕组按差电流方式连接，每相电容器都单独安装电流继电器，即图4.2.2中所示 的 KA1、KA2、KA3，电流继电器可以用 DL-11型或用其它类型 电流继电器。?

三个差电流继电器共用一只延时继电器KTM，继电器动作后经过一定的延时，接通跳闸回路 切继电容器组的运行电源。时间继电器和信号继电器可采用DS、DX型电磁型继电器，也可用 其它类型的高精度时间继电 器与掉牌式信号继电器。? 整定计算基本方法 ?

1.单台电容器的熔丝保护(符号同前)? I ??FU?=1.5 I ? N (7)? 2.横差电流保护?

(1)当一台电容器内部元件部分击穿时，继电保护应能动作，以防止电容器组的扩大事故。 为了能与单台电容器熔丝保护相配合，可以取电容器内部元件击穿75%时的情况来整定。继 电器的一次动作电流为：?

I ??K，act?= I ??KD，1? K ??sen?[SX)] (8)? 式中 I ??KD，1?—— λ=0.75 时的差电流如式(4)；? K ??sen?——灵敏度，取1.25～1.5。?

要求电容器组在安装时，电容量尽量相等，正常时差电流回路中的不平衡电流应

I ??ub?≤ I ? ?K，act?/ K ??rel?( K ??r el?为可靠系数，取2)。? (2)延时整定。如需与单台熔丝熔断时间相配合，继电保护时限可取

t =1～3min。如不考虑与单台熔丝熔断时间配合，时 限可取 t=0.2 s。? (3)用式(8)计算动作电流后，还就以式(5)及式(6)核对当达到最大允许退出电容器台数时， 横差电流保护能否动作即?

I ??KD，max?≥ I ??K D，max? K ??sen?= I ? ?KD，1? (9)? 式中 I ??KD，max? ——最大允 许台数退出运行时的横差电流一次值。? 如果不能满足式(9)的要求，则应适当降低击穿系数 λ值，重新进行整定 计算。? 双三角形接线的横差保护也可以用二段形式，整定原则同双星形电流平衡保护，但使用元件 较多。?

采用三角形接线当N=1时，电流横差保护即使采取不带延时，采用速动动作终会有一些时限 ，一般加上断路器动作时间后达到120 ms以上，当 λ= 1全击穿时，其故障电容器的故障电流为 系统二相短路电流高达数10 kA以上，对故障电容器极为不利，容易引起 爆裂。因此 一般目前在 N=1时，不应用三角形接线，当N=2以上时可以采用，这一点 须特别注意

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