35 kV并联电容器组群爆故障分析及其零序差流保护的参数整定

引言

       由于电容器是储能设备，内部的工作场强很高，对冲击过电压和高频过电压冲击波都非常敏感。正常工作电压下电容器元件绝缘老化是1个长期的过程，任何元件发生故障都将其余元件上的电压分布改变。如果保护未能及时动作，就会造成1些电容器元件运行电压过高而加速绝缘劣化，导致多个内部元件连续性击穿，从而引起整组电容器群爆事故的发生。近些年来广东省500 kV变电站接连发生35 kV并联电容器群爆事故，本文以500 kV变电站发生的35 kV并联电容器群爆事故为例，从分析电容器内部电压的分布入手，研究内部元件故障引起的电压分布变化情况，并对目前用于反映电容器内部故障的零序差流法保护参数整定提出了准确的整定方法。

1 、电容器现场故障情况分析

       500 kV横沥站的35 kV无功补偿系统由于过电压引起了电容器组群爆起火事故，整个事故燃烧约1个小时，321并联电容器组B相电容严重烧毁。这次事故不仅造成了设备损坏，变电站部分停电，事故现场的着火、浓烟、爆裂碎片还给运行人员的安全带来极大的威胁。

       （1）事故过程和保护动作情况

                值班人员在接到总调投电容器组的命令后，合上35 kV II母线#1电容器组321开关，四秒中后35 kVII母线#1电容器组ISA．359F保护零序差流保护动作，跳开321开关三相，现场35 kVII母线#1电容器组着火，多个电容器爆裂、漏液，并伴有浓烈的刺激性气味，多个支持绝缘子、放电PT、不平衡CT等附件损坏，保护显示“零序差流保护动作=11．38 A”。

       （2）电容器组的参数配置及结构

                故障电容器安装在变电站的主变35 kV侧，共有180台，总容量为60 120kvar。电容器组型号：TBB35．60120／334一BLW

                单台电容器型号：EX．7Li 12000 V 334 kvar BIL：125 kV

                电容器组接线方式为双星形接线，中性点不接地。每相电容器组先并后串，每臂7+8并2串。电容器组采用中性点零序差流保护，单台电容器采用内熔丝保护，8并5串组成一台电容器。

       （3）故障录波电流分析

                由现场故障录波图及电能监测装置记录的谐波和电压数据，可以分析此次电容器组故障的发生并不是瞬时谐波过大或系统零序电压引起。

                同时通过分析现场录波图可以将故障电流分为四个阶段，第一阶段电流约840 A，属于正常运行电流；第二阶段电流约1 500 A，为故障时电流，由于整定不当，保护整定值过大，保护未能启动；第三阶段电流约2400A，故障进一步扩大，保护启动；第四阶段约10000A属于三相故障电流，已发展为严重故障。

                事故是在电容器正常投入4S内发生的，我们可以认为电容器组在合闸过程中的过电压造成了电容器的击穿。根据内熔丝电容器的特点，我们可以分析知道当单台电容器内部故障元件数目超过最多允许的数目，其余元件承受的过电压将超过最大允许值。从以上电流的变化过程分析看，当个别电容器元件发生故障时，由于内部故障保护零序差流保护的定值设置偏大，从而不能及时有效地起到保护作用，导致先有一台电容器单体完全被短路，电容器组两串结构变为一串结构，电流增大一倍，约1500 A。剩余一串在过电压下运行，有连续击穿故障，然后发生短路，电流继续增到2400A，并迅速发展为三相短路故障，电流达10000A。

2 、电容器内部元件故障引起的电压分布变化

         电容器上的过电压既与运行时的母线电压水平及串联电抗器的电抗率有关，又与电容器发生内部故障时的不均匀电压分布有关。由于无功补偿电容器装置一般由数只电容器串、并联组成，而每台电容器内部一般又由多个电容器元件按需要串联、并联构成。因此电容器中的任何一个元件出现故障都将引起电压在各电容元件上的重新分布，给电容器的正常运行带来潜在的危险。带内部熔丝的35 kV无功补偿电容器组接线如图l所示，单台电容器由M个带内熔丝的元件并列而成，每臂再由Ⅳ台电容器串联而成，分析由于电容器内部元件故障引起的电压分布变化情况。

         当35 kV系统三相对称且电容器组三相完全平衡时，35 kV补偿电容器组的中性点电位为零，流过双Y中性点连线的电流也为零。如有电容器发生故障，中性点电位计中性点连接线电流不再为零。内部熔丝是用来断开故障的电容器元件，从而使该电容器单元的其余部分以及接有该电容器单元的电容器组继续运行。

3、双星零差电流保护的整定计算

         单台电容器内部元件击穿的最有效保护手段是电容器的零序差流保护，该保护也是整台电容器组故障最有效的保护手段。双星接线电容器中性线零差电流保护的正确整定，对电容器故障的可靠切除起着决定作用。具体计算方法请参考前期内容：并联电容器组保护浅析-下

         由于电容器组实际上三相不可能完全平衡，因此需要考虑初始不平衡值，若按照以上计算结果，不平衡电流应取0．2515+0．2624=0．5139A(二次)，取0．5 A，一次值为2 A。虽然原来整定的二次零差电流保护定值为0．27A，但原来使用的电流互感器变比为30／1，所以实际上零差电流保护一次整定值为8.1 A，远远高于内部元件发生故障发生时可以承受的零差电流。当个别电容器元件发生故障时，内部故障保护整定值太高，不能及时地起到保护作用，使得故障进一步扩大。

4、 结论

         电容器组零序差流保护是反映电容器组一个或几个电容元件损坏后，引起电容器组三相不平衡，从而在中性点产生较大的不平衡电流量，以此不平衡量作为保护动作量构成的一种保护。该保护是反映电容器内部故障的一种经济而有效的方法，但由于目前部分单位带内熔丝双星接线的电容器组缺乏现场运行经验，没能根据现场实际的情况对保护参数进行正确整定，电容器保护装置不能及时起到保护作用，导致在群爆事故接连发生时，造成重大经济损失。为此本文对该类型的电容器组进行了深入的分析研究，并对目前使用的零序差流保护提出了正确的整定方法。