電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用并聯(lián)電容器實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率的補(bǔ)償,用以提高功率因數(shù)和進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。與同步調(diào)相機(jī)相比,并聯(lián)電容器投資省、安裝快、運(yùn)行費(fèi)用低。
隨著高壓大容量晶體管技術(shù)的發(fā)展和微機(jī)電容器自動(dòng)投切裝置的應(yīng)用,并聯(lián)電容器的調(diào)節(jié)特性大大改善,電容器在電力系統(tǒng)得到更加廣泛的應(yīng)用。
1. 電容器的故障及其危害:
(1)內(nèi)部故障(最常見(jiàn)也是最重要保護(hù)目標(biāo))
電力電容器的每一相是由許多電容器并聯(lián)組成的。
運(yùn)行中由于涌流、系統(tǒng)電壓升高或操作過(guò)電壓等原因電容器中絕緣比較薄弱的電容元件有可能首先擊穿,并使與之并聯(lián)的電容元件被短路,導(dǎo)致與它們串聯(lián)的電容元件上電壓升高,并可能引起連鎖反應(yīng)造成更多電容元件的相繼擊穿。
同時(shí),由于部分電容器的擊穿,使電容器的電流增大并持續(xù)存在,電容器內(nèi)部溫度將增高,絕緣介質(zhì)將分解產(chǎn)生大量氣體,導(dǎo)致電容器外殼膨脹變形甚至爆炸。有的電容器內(nèi)部在電容元件上串有熔斷器,元件損壞時(shí)將被熔斷器切除。
在電容器外部一般也裝有熔斷器,電容器內(nèi)部元件嚴(yán)重?fù)p壞時(shí),外部熔斷器將電容器切除。不論內(nèi)部或外部熔斷器,它切除故障部分,保證無(wú)故障電容元件和電容器繼續(xù)運(yùn)行。
當(dāng)切除部分電容時(shí),必將造成其他電容上電壓和電流的重新分配,發(fā)展到一定程度,其他電壓過(guò)高和電流過(guò)大的電容也將損壞,由此可能發(fā)展成為更嚴(yán)重故障,故除熔斷器保護(hù)外電容器組必須裝設(shè)內(nèi)部故障保護(hù)。
(2)端部故障
在變電站中,電容器被連接成單星形、雙星形或三角形等電容器組接入一次系統(tǒng)。
在電容器組的回路中相應(yīng)的一次設(shè)備有斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、串聯(lián)電抗器、放電線(xiàn)圈、避雷器、電流互感器和電壓互感器等,這些設(shè)備的絕緣子套管以及相互連接的引線(xiàn)由于絕緣的損壞將造成相間短路,產(chǎn)生很大的短路電流,在短路回路中產(chǎn)生很大的力和熱的破壞作用。
(3)系統(tǒng)異常
系統(tǒng)異常是指過(guò)電壓、失壓和系統(tǒng)諧波。
iec(international electrotechnical commission,國(guó)際電工委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電容器長(zhǎng)期運(yùn)行的工頻過(guò)電壓不得超過(guò)1.1倍額定電壓。電壓過(guò)高將導(dǎo)致電容器內(nèi)部損耗增大(電容器的損耗與電壓平方成正比)并發(fā)熱損壞。嚴(yán)重過(guò)電壓還將導(dǎo)致電容器的擊穿。
系統(tǒng)失壓本身不會(huì)損壞電容器,但是在系統(tǒng)電壓短暫消失或供電短時(shí)中斷時(shí),可能發(fā)生下列現(xiàn)象使電容器發(fā)生過(guò)電壓和過(guò)電流而損壞:
(1)電容器組失壓后放電未完畢又隨即恢復(fù)電壓使電容器組帶剩余電荷合閘,產(chǎn)生很大的沖擊電流和瞬時(shí)過(guò)電壓,使電容器損壞。
(2)變電站失壓后恢復(fù)送電時(shí)若空載變壓器和電容器同時(shí)投入,lc電路空載投入的合閘涌流將使電容器受到損壞。
(3)變電站失壓后恢復(fù)送電時(shí)可能因母線(xiàn)上無(wú)負(fù)載而使母線(xiàn)電壓過(guò)高造成電容器過(guò)電壓。
2. 電容器的保護(hù)配置
(1)對(duì)電容器組和斷路器之間連接線(xiàn)的短路,可裝設(shè)帶有短時(shí)限的電流速斷和過(guò)電流保護(hù),動(dòng)作于跳閘。
(2)對(duì)電容器內(nèi)部故障及其引出線(xiàn)短路,宜對(duì)每臺(tái)電容器分別裝設(shè)專(zhuān)用的熔斷器。
(3)當(dāng)電容器組中故障電容器切除到一定數(shù)量,引起電容器端電壓超過(guò)110%額定電壓,保護(hù)應(yīng)將斷路器斷開(kāi),對(duì)不同接線(xiàn)的電容器組,可采用不同的保護(hù)方式。
(4)電容器組的單相接地保護(hù)。
(5)對(duì)電容器組的過(guò)電壓應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù),帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。
(6)對(duì)母線(xiàn)失壓應(yīng)裝設(shè)低電壓保護(hù),帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。
(7)對(duì)于電網(wǎng)中出現(xiàn)的高次諧波有可能導(dǎo)致電容器過(guò)負(fù)載時(shí),電容器組宜裝設(shè)過(guò)負(fù)載保護(hù),帶時(shí)限動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。