问题及改进方案探讨
单位：北京电力公司房山供电公司 姓名：王宝庆
〔摘要〕：本文简要介绍了并联电容器低电压保护装置的作用及原理，分析了并联电容器设置低电压保护的原因，重点论述了目前电力系统传统型电容器低电压保护装置在整定时间上的矛盾及接线方式上的缺陷两个问题，结合目前电力系统并联电容器低电压保护现状提出了具体的解决方案。 〔关键词〕：低电压保护 接线 改进方案
1 概述
1.1 并联电容器低电压保护作用及原理。
电容器低电压保护的作用是在系统失电后重新赋能前将电容器可靠切除，保证电容器在系统重新赋能时不被损坏。电容器低电压保护的动作电压取自所在系统的电压互感器，当所在系统失电时母线电压降为零，接在电压互感器上的电压继电器启动，经过一定时限去掉开电容器的断路器。
1.2 并联电容器设置低电压保护的原因。
系统在失电后，大量负荷靠自身保护与电网可靠隔离，此时系统重新赋能可能会造成轻载。在轻载时系统电压升高会被电容器所加强，则有可能变压器铁芯饱和。在这种情况下将产生异常的谐波，其中某次谐波可能使电容器与变压器之间产生谐振。为了防止谐振和电容器单元过电压应在系统失电后将电容器切除。
系统失电后重新赋能时，电力变压器的激磁涌流中包含大量谐波，而电容器可能在其中的某次谐波下与网络谐振，为了防止谐振应在系统失电后将电容器切除。
系统失电后重新赋能时，电容器端子间剩余电压与系统电压叠加会造成电容器本身过电压。电容器在系统失电瞬间端子间电压最高，其原因是电容电流超前电容电压90度，电容器开关是在交流电流过零瞬间灭弧而此时电容器端子间电压为交流电压峰值电压。需要约5s的时间通过放电线圈或放电电阻将电容器剩余电压降低到合格范围以内。系统失电后重新赋能，电容器端子间剩余电压与系统电压叠加会造成电容器本身过电压。为了防止电容器单元过电压应在系统失电后将电容器切除。
2 问题的提出
2.1 目前并联电容器低电压保护装置整定中存在的问题 2.1.1 并联电容器低电压保护动作时间
《DL/T584—95 3～110kv电网继电保护装置运行整定规程》（以下简称《规程》）4.2.13.4条规定：“低电压保护的低电压定值应能在电容器所接母线失压后可靠动作，而在母线电压恢复正常后可靠返回，一般整定为0.3～0.6倍额定电压。保护的动作时间应与本侧出线后备保护时间配合”。
《规程》规定的“保护动作时间应与本侧出线后备保护时间配合”，主要是考虑本侧出线发生故障时，系统电压经常会达到电容器低电压保护的电压定值。需要利用时间级差躲过由于本侧出线故障引起的电容器低电压保护误动。
目前电力系统10kv出线后备保护整定时间一般为1s，根据以上整定原则，电容器低电
压保护要与之配合，整定时间一般不低于1.3s。 2.1.2 备用电源投入时间
《规程》4.2.10.2条规定：“备用电源投入时间。一般不带延时，如跳开工作电源需联切部分负荷，则投入时间可整定为0.1～0.5s”。
根据以上整定原则，目前10kv分段开关自投时间一般整定为0.3s,加之开关及装置动作固有时间自投成功时间不足1s。
2.1.3 并联电容器低电压保护动作时间和备用电源投入时间不配合
在上述整定原则下，当本侧主变发生故障时，保护装置动作（例如主变差动保护或者重瓦斯保护动作）时间为0s，此时10kv主进开关掉闸，10kv母联开关一般在0.3S自投动作。而此时电容器并没有达到低电压保护动作时间（一般为1.3S），因此低电压保护装置不会动作，电容器不能掉闸，即，低电压保护装置不能起到在系统失电重新赋能前切除电容器的保护作用(见附图1)。
附图1
从以上论述可以看出，电容器低电压保护装置在整定时间上同时满足以上《规程》两条规定是存在一定矛盾的。
2.2 目前传统型保护装置本身接线方式存在的缺陷
据笔者了解，目前北京电力公司系统中，传统型并联电容器低电压保护的启动电压是取自本条母线电压互感器的，但是由于没有电流闭锁回路，这种接线方式隐藏一定的缺陷。 2.1.1 当电压互感器出现异常，如电压互感器内部短路，电压降低会造成电容器低电压保护误动。 2.2.2 当电压互感器检修时，需要退出电容器低电压保护，否则同样会造成电容器低电压保护误动，但是低电压保护退出后，此时电容器失去低电压保护。
从以上论述可以看出，目前的传统型电容器低电压保护装置在接线方式上存在一定的缺陷。
3 解决方案
根据并联电容器设置低电压保护的目的，针对上述在整定计算中存在的问题和目前保护
装置接线方式上的缺陷，为了保证系统在失电后迅速恢复供电，电容器应在系统失电后重新赋能前可靠切除，提出两套具体解决方案。 3.1 解决方案一：保留现有电容器低电压保护装置及保护定值。增加本侧变压器保护联掉电容器开关回路。
本解决方案的优缺点：
优点：不改变电容器电压保护装置现状，不用重新整定和调试低电压保护定值。 缺点：
a. 本侧母线电压互感器检修如果不退出电容器低电压保护，会造成电容器低电压保护误动，退出电容器低电压保护后，电容器本身就失去低电压保护。
b. 本侧母线电压互感器出现异常可能造成电容器低电压保护误动。 c. 该保护方式用于开闭站接线方式不方便接线。
3.2 解决方案二：保留现有电容器低电压保护装置，增加低电压电流闭锁保护回路(改造回路见附图2)。
附图2
电容器低电压保护掉闸启动回路串联电容器开关本体CT启动的电流继电器常闭接点。该保护电压定值可保持原定值，电流定值可设定为小于等于电容器额定电流的10%，时间定值可整定为0s。其工作原理：只有本侧系统失压同时电容器无流（即系统确实失电）该保护才可靠动作，0s掉闸。
本解决方案的优缺点： 优点： a. 因为本侧出线故障，虽然系统电压能够达到电容器低电压保护的电压定值，但是由于电容器开关本体CT有流不会引起电容器低电压保护误动，所以可以不用考虑与本侧出线后备保护时间配合。
b. 本侧母线电压互感器检修电容器不会失去低电压保护。 c. 本侧母线电压互感器出现异常不会造成电容器低电压保护误动。 d. 该保护方式同样适用于开闭站接线方式。
缺点：增加电流继电器等设备和回路，增加回路接点数。
4 结论
对以上两种解决方案的优缺点进行比较分析可以看出，解决方案一虽然能够使电容器低电压保护装置整定时间满足了《规程》要求，但是不能解决保护装置本身接线方式上的缺陷。解决方案二能够有效解决电力系统传统型电容器低电压保护装置在整定时间上的矛盾及接线方式上的缺陷两个问题。
鉴于以上分析综合考虑，笔者更倾向于采纳解决方案二。
另外，目前电容器微机保护装置已经实现低电压电流闭锁功能。如RCS-9631、RCS-9631A、RCS-9632、RCS-9633、RCS-9633A、CSP-200EA系列、CSP-200E系列。但是据笔者了解，北京地区已安装的电容器微机保护的此项功能并没有投入运行，低电压掉闸时间也是按照与本侧出线后备保护时间配合原则整定的。根据本文上述论述分析，鉴于电容器微机保护装置已经实现的低电压电流闭锁功能已经解决了上述两方面的问题，笔者建议将目前电容器微机保护装置的低电压电流闭锁功能投入使用。且由于有电流闭锁功能，当本侧出线发生故障时，电容器低电压保护不会误动，所以保护动作时间不用本侧出线后备保护时间配合，可将低电压掉闸时间调整为0s。
参考文献：
［1］《DL/T584—95 3～110kv电网继电保护装置运行整定规程》 ［2］《供电生产常用指导性技术文件及标准》第一册
作者简介：
北京电力公司房山供电公司继电保护专责工程师
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