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? ?
第三节 单星形接线的桥差保护新技术? 工作原理 ?
单星形接线采用桥差保护的一次接线图如图4.3.1所示。通常要求单星形每一相电容器的并 联数 M以及串联数N都为偶数，保护用电流互感器TA就在M/2和N/2相交处的连 线上。 ?
为了说明桥差保护的工作原理，先将图4.3.1所示的一相电容器接线图简化为图2所示来分析 。 这是一种典型的单臂电桥电路，当? X?1/ X?3?= X?2/ X? 4且 X?1/ X?3= X?2/ X?4时，桥回路 mn 连线上没有电流通过，即I · ??mn?=0，
当 X?1/ X?3≠ X?2/ X ?4时，桥回路处于不平衡状态，在mn连线上电流 I · ??mn?≠0 ，称电流 I · ??mn?为桥流。对 电桥电路的分析，通常可以采用戴维南定理 ，如果忽略mn连线上的阻抗，就可以把mn连线看成是一个节点，这样可以直接利用节点电流 法来计算，即?
〖请看图片D32，+53mm。60mm，Z#〗
图4.3.1 单星形接线桥差保护的一次接线图 〗
〖请看图片D33，+40mm。35mm，Y#〗 图4.3.2 简化图 〗 ???????????? I · ?1+I · ?2=I 单星形接线桥差保护就是依据上述的基本原理构成的，由于采用了电桥原理，所以 桥差 保护的灵敏度很高。一般单星形桥差保护都用于 35kV及以上的电力网络中。 当电容器内部元件发 生击穿以及电容器因熔丝熔断而退出运行时，由于桥形电路四个臂的容抗中，有一个臂的容 抗减小或增大，使得电桥回路失去平衡产生差电流，从而启动继电器出口跳闸。 ?
根据桥差一次接线图的要求可知，每一组共有四个桥。? 1.电容器的内部元件击穿时计算?
电容器正常时，每臂的容抗相等，即?
X?1=X?2=X?3=X?4= N M X ?C (3)?
设 β= 2M(1-λ)+(N-2)［2+(1-λ)(M-2)］ N［2+(1-λ)(M-2)］ (4)?
故障相电流 I · ??PP，K ?= U · ?P X ?1 3(1+β) 2(1+2β) (5)? 故障臂电流 I · ??IK?= U · ?P X?1 3 2(1+2β) (6)? 式中 U ?P——相电压(故障情况下的相电压)；? X?1～ X?4——各臂正常时的容抗。?
桥差电流 I · ??mn，f?= U · ?P X?1 · 3(1-β) 4(1+2β) (7)? 2.电容器有K台退出运行时计算?
正常臂以及正常相容抗同式(3)、式(4)。?
退出K台电容器时的故障串容抗 X ??SK?= 2 (M-2K) · X ?C，故障相电流为 ?
I ??PP，K?= U ? P X?1 3(1+γ) 2(1+52γ) (8)? 故障臂电流 I ??IK?= I ??PP，K? 1 1+γ (9)?
桥差电流 I ??mn，K?= U ? P X?1 3(1-γ) 4(1+2γ) (10)? 其中 γ= 2 M+(N-2)(M-2K) N(M-2K) (11)? 式中 U ?P——相电压；? X ?1——每一个臂的容抗。?
当退出 K台电容器后，故障串两端的电压：? U ??SK?= U ? P 3 M N(1+2γ)(M-2K) (12)?
要求退出K台电容器后，故障串两端的电压不能大于电容器额定电压的1.1倍，即? U ?P 3 M N(1+2γ)(M-2K) ≤1.1 U ?N?
U ??P，max? U 〗??N，max? ≤ N(1+2γ)(M-52γ) 3M (13)? 其中 U ??N，max?=1.1 U ?N ? 式中 U ?P——电网额定相电压；? U ?N——电容器额定电压；?
U ??P，max?——电网最高运行相电压。?
当确定了并、串联参数 M、N后，就可以依据式(13)计算出最多允许退出 的电容器台数。?
构成保护的接线 ?
单星形接线桥差保护的接线如图4.3.3所示。 TA1、TA2、TA3为星形接线A、B 、C三相的桥差保护用电流 互感器，KA1、KA2、KA3为三相保护用电流继电器可采用DL-11型电流继电器。KTM为延时继 电器，可采用DS电磁型时间继电器，KS为 DX型电磁型信号继电器，XB为电流试验端子和跳闸压板，QF、LT为断路器副触点和跳闸线圈 。? 〖请看图片D34，+75mm。50mm，Y#〗 图4.3.3 单星形接线? 桥差保护展开图 〗
当电容器发生击穿故障及退出运行时，由电容器构成的电桥回路失去平衡在桥臂中就有桥差 电流通过。当桥差电流达到电流达到电流继电器的整定值时，电流继电器KA触点闭合，启动 延时继电器KTM，经一定时限后出口跳闸。? 整定原则 ?
(1)单台电容器熔丝保护见第二节。? (2)桥差电流保护。?
①按电容器内部元件击穿75%(? λ=0.75?)时在桥臂中产生的差电流来整定 。继电器的一次动作电流可根据式(7)计算：?
I ??K，act?= I ??mnf? K ??sen? ?
式中 I ??mnf?—— 当击穿系数 λ=0.75时一次电流； ? K ??sen?——灵敏度，取1.25～1.5。? 要求电容器组在安装时，应尽量使电桥四个臂电容器的电容量参数接近或相等，以减小正 常运行时桥臂中的不平衡电流，使? I ??ub?≤ I 〗??K，act? K ??rel? (14)?
式中 I ??ub?——不平衡电流；? K ??rel?——可靠系数，取2。?
②延时整定。与单台熔丝熔断时间配合，继电保护时限可取 t 〗=30～120s ，如不考虑与
单台熔丝熔断时间相配合，时限取 t =0.2s。?
③根据式(14)计算动作电流后，还应以式(13)核算当电容组退出最大允许台数K时桥差电流 值的大小，即?
I ??mnK，max?≥ I 〗??K， act? K ??sen?= I ? ?mnf? (15)? 如不能满足式(15)要求，则应重新确定击穿系数λ，再计算整定值。? 单星形接线的桥差电流保护也可以采用二段方式，以利于与单台熔丝熔断特性取得配合，但 保护用元件略多。桥差二段方式的保护整定原则同双星形接线中性点电流平衡保护。
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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? ?
第四节 电力电容器微机继电保护?
为了补充电力系统无功功率的不足，提高功率因数，改善供电质量，在各变电所及工厂内广
泛采用无功补偿并联电容器组。近十年来，由于大功率晶闸管和微机控制技术的深入应用， 无功补偿的静补设备开始发生质的变化。但目前采用电力电容器无功补偿装置仍然使用十分 广泛。?
并联补偿电容器组的通用保护 ?
单台并联补偿电容器的最简单、 有效的保护方式是采用熔断器。这种保护简单、价廉、灵敏 度主、选择性强，能迅速隔离故障电容器，保证其他完好的电容器继续运行。但由于熔断器 〖请看图片D35，+30mm。45mm，Y#〗 图4.4.1 并联补偿电容?器组的主接线图 〗 抗电容充电涌流的能力不佳，不适应自动化要求等原因，对于多台串并联的电容器组保护必 须采用更加完善的继电保护方式。?
图4.4.1是并联补偿电容器组的主接线图。电容器组通用保护方法有如下几种：? (一)电抗器限流保护? 与电容器串联的电抗器，具有限制短路电流、防止电容器合闸时充电涌流及放电电流过大损 坏电容器。除此之外，电抗器还能限制对高次谐波的放大作用，防止高次谐波对电容器的损 坏。?
(二)避雷器的过电压保护?
与电容器组并联的避雷器用于吸收系统过电压的冲击波，防止系统过电压，损坏电容器。? (三)电容器组的电压保护?
电容器电压保护是利用母线电压互感器TV测量和保护电容器。电容器电压保护主要用于防止 系统稳态过电压和欠电压。?
微机电容器电压保护的逻辑框图如图4.4.2所示。过电压和欠电压保护均通过延时来鉴别稳
态过电压和欠电压。低电压保护需经过流闭锁，以防止TV断线造成低电压保护误动。? 〖请看图片D36，+25mm。100mm，BP#〗 图4.4.2 电压保护逻辑框图?
(a)过电压保护；(b)低电压保护 〗
在系统故障过压或低压电容器保护动作跳闸后，为了使保护能立即复位，要求保护在跳位时 (K〖请看图片=1)能自动退出运行，待母线电压恢复正常后断路器可重新投入运行。在图4.4.2中，KT P=1时去闭锁过压保护的Y2和Y3、低压保护的Y5，使电容器保护自动退出运行。?
(四)电容器组的电流保护?
电容器组的过电流保护用于保护电容器组内部短路及电容器组与断路器之间引起的相间短路 。采用两段式，每段一个时限的保护方式，保护逻辑框图如图4.4.3所示。? 〖请看图片D37，+35mm。80mm，BP#〗 图4.4.3 电容器过流保护逻辑 〗 电容器组内部故障的专用保护 ?
电容器组是由许多单台电容器串并联组成，个别电容器故障由其相应的熔断器切除，对整个 电容器组无多大影响。但是当电容器组中多台电容器故障被熔断器切除后，就可能使继续运 行的剩余电容器严重过载或过电压，因此必须考虑如下专用的保护措施。? (一)单Y形接线的电容器组保护?
单Y形接线的电容器组见图4.4.4(a)所示，一般采用零序电压保护。保护采用电压互感器的 开口 三角形电压以形成不平衡电压。电压互感器的一次绕组兼作电容器放电线圈，可防止母线失 压后再次送电时因剩余电荷造成的电容器过电压。? 〖请看图片D38，+50mm。120mm，BP#〗 图4.4.4 三种简单的电容器组保护方式? (a)单Y形；(b)双Y形；(c)形 〗
如电容器组中多台电容器发生故障，电容器组的电纳将发生较大变化，引起电容器组端电压 改变，在开口三角形出口随即产生零序电压。单Y型电容器组微机保护逻辑图如图4.4.5 所示， t ??o，u?为零序电压保护的时延，SW为控制字软 开关。?
〖请看图片D39，+10mm。45mm，Y#〗 图4.4.5 零序电压保护逻辑图 〗
(二)双Y形接线的电容器组保护?
双Y形接线的电容器保护可采用不平衡电流或电压保护方式。?
双Y形接线电容器的主接线如图4.4.4(b)所示。图中所示的TA。只测量中性线不平衡电流的 零序电流互感器。?
双Y形接线的电容器保护采用中性线不平衡电流保护，当同相的两电容器组C1或C2中发生多 台 电容器故障时，即 X ??c1?≠ X ??C2?，此时流过C1
〖请看图片D40，+10mm。45mm，Y#〗 图4.4.6 双Y形接线电容器的? 不平衡电流保护逻辑 〗
和C2的电流不相等，因此在中性线中流过不平衡电流 I ? ?unb?。当 I ??unb?gt; I
??set?时保护动 作。保护逻辑框图如图4.4.6所示。?
当双Y形接线采用不平衡电压保护时，可用TV。改换TA，即将TV。一次绕组串在中性线中， 当 某电容器组发生多台电容器故障时，故障电容器组所在星形的中性点电位发生偏移，从而产 生不平衡电压。?
当 U ??unb?＞ U ? ?set?时，保护动作。其逻辑框图与图4.4.5相似。? (三)三角形接线的电容器保护?
电容器组为三角形接线时，通常用于较小容量的电容器组，其保护采用零序电流保护，其接 线如图4.4.4(c)所示，其逻辑框图与图4.4.6类似。? (四)桥式差流的保护方式?
电容器组为单星形接线，而每相接成四个平衡臂的桥路时，可以采用桥差接线的保护方式， 其一次接线如图4.4.7(a)所示。正常运行时四个桥臂容抗平衡， X ??C1?= X ??C2?， X ??C3?= X ??C4?(或 C1／C3=C2／C4)，因此桥差接线的M和N之间无电流流过。当四个桥臂中有一个电容器组存在 多个电容器损坏时，桥臂之间因不平衡，在桥差接线MN中就流过不平衡差流。不平衡差流超 过定值时保护动作。桥差保护方式的逻辑框图如图4.4.8所示。图中SW控制字“1”为投入， “0”为退出。?
〖请看图片D41，+35mm。90mm，BP#〗 图4.4.7 电容器组桥差、压差保 护方式? (a)桥差接线；(b)压差接线 ? 〗
〖请看图片D42，+20mm。75mm，BP#〗 图4.4.8 桥式差流保护逻辑框图 ? 〗
(五)电压差动保护方式?
电容器组为单星形接线，而每相为两组电容器组串联组成时，可用电压差动保护方式，其一 次接线如图4.4.7(b)所示。图中只画出一相TV接线，其他两相也是相似的。TV的一次绕组可 以兼 作电容器组的放电回路，二次绕组接成压差式即反极性相串联。正常运行时 C1 =C2 ，压差为零；当电容器组 C1或C2中有多台电 容器损坏时，由于C 1和C2容抗不等，因两只 TV一次绕组的分压不等，压差接线的二次绕组 中将出现 差电压。当压差超过定值时，保护动作。压差保护方式的逻辑框图如图4.4.9所示。图中SW 为控制字，“1”为投入，“0”为退出运行。? ?
〖请看图片D43，+15mm。75mm，BP#〗 图4.4.9 电压差动保护逻辑框图 ? 〗 LFP-963系列电容器保护装置 ?
LFP-963系列电容器保护有963A、963B、963C三种。它们的主要区别在于电容器组的专用保 护配置不同，而通用保护的配置则完全相同。963A的专用保护是不平衡电压、电流保护，适 用于图4.4.4所示的三种电容器主接线方式。963B的专用保护是桥差电流保护，适应于图4.4 .7(a)所示的主接线方式。 963C的专用保护是电压差动保护，适用于图4.4.7(b)所示的主接线方式。963A、963B、 963C的通用保护均由启动元件、两段式过电流保护、过电压保护和欠电压保护组成。963A整 套保护的逻辑框图如图4.4.10所示。 ?
〖请看图片D44，+105mm。130mm，BP#〗 图4.4.10 LFP-963A电容器保护 整套保护装置逻辑原理图 〗
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