并联电容器装置设计技术规程(5)

2019-04-14 15:59

线时,从计算可知,通过故障点的电流仅为电容器组额定电流的1.5倍;(2)可 供选择的保护方式多。当采用单台熔断器保护时,可以将故障电容器迅速切除, 避免电容器爆裂,而且故障电容器切除以后,无功补偿不中断,减少了断路器的 动作次数。鉴于有上述优点,各地新装电容器组基本上采用不接地星形接线。一 般作法是:总台数少的电容器组,采用单星形接线;单台容量小总台数多的电容 器组采用双星形接线。对于既可采用单星形接线又可采用双星形接线的同一种容 量,采用单星形接线较好,因为单星形接线使用开口三角电压保护,带二次线圈 的放电线圈可兼作保护用,保护方式最简单,安全可靠、灵敏度高,投资省,布 置也比双星形接线简单。单星形接线没有双星形接线那种两臂对称故障时保护不 能动作的缺点。

关于三角形接线电容器组的适用范围,比较集中的意见是,可以用于变电所 和配电线路上的小容量电容器组(已不属于本规程范围),2000kvar及以上的电容 器组不再发展三角形接线,而采用单星形或双星形接线。 第2.2.2条 在国内,每相多段的电容器组主要是两段串接。对于电容器组每 相的接线方式,目前有两种意见:先并后串和先串后并。持后一种意见的人数较 少,工程中采用得也少,在工程中用得较多的接线是先并后串的连接方式。 在先并后串连接方式的电容器组中,当任一台电容器故障击穿后,故障电流 由两部分组成:系统供给的工频故障电流;其余健全电容器的充放电电流。由于 通过故障电容器的电流大,熔丝迅速熔断,将故障电容器切除,从而排除了故 障,使电容器组继续运行。先串后并的连接方式的电容器组中,当一台电容器故 障击穿时,故障电流要受与它串联的健全电容器容抗的限制,故障电流比先并后 串的小,熔丝不能尽快熔断,故障延续的时间长,与故障电容器串联的健全电容 器还可能因过电压而损坏。

鉴于有些电容器组为满足特殊要求,每相采用几个并联部分组成,这不完全 属于先并后串的连接方式,所以本条规定有一定灵活性。

第三节 配套设备及其连接

第2.3.1条 电容器组在电网中的运行方式应随无功负荷及电压的变化而改 变,在高峰负荷电压偏低时投入,在低谷负荷电压偏高时切除,从而起到节能和 调节电压的作用。因此通常电容器组的断路器操作较为频繁。电容器组在投入时 将产生涌流,而断路器在开断电容电流时,又容易产生电弧重燃。合闸时的高频 涌流和开断时的重击穿产生的过电压,将会对电容器及其回路中的其他设备的绝 缘造成损害。要限制电容器组切除时所产生的过电压或降低过电压倍数,关键是 消除或减少断路器断口的重击穿现象,我国对此也作了不少研究工作并改进了此 类断路器的性能。选用不重击穿的断路器是限制过电压的首要措施,为此电容器 装置必须设置适合电容器组操作的专用断路器。

为适应电容器组频繁操作的需要,一般采用真空断路器作为各分组电容器的 投切开关,但其开断电流通常不能满足切除短路的要求(国产10kV真空断路器的 开断容量,目前只达300~500MVA)。投切操作次数较少的电容器组,一般采用 SN10-10II型少油断路器(小排气),其开断容量为500MVA。各分组的总断路器则 采用SN10-10III型少油断路器,其开断容量为750MVA。东北和华北地区对这两 种断路器做了大量的投切电容器组试验工作,并建议按上述方法选型。当母线短 路容量超过750MVA时,应考虑装设限流电抗器或采取其他措施。

当开断短路电流用的断路器与投切用的断路器在价格上有明显差别时,通常采 用价格便宜的断路器作为各分组的投切断路器,而选用一台能开断全部电容

器的断 路器作为各分组电容器的总断路器,这样做总投资仍然比较省。例如,从美国进口 的35kV真空负荷开关,开断电流仅达3kA,只能作为分组电容器的投切断路器, 但其价格便宜。为切断短路故障电流,需采用加并联电阻的多油断路器作为各分组 电容器的总断路器。

尚应指出,在同一母线上接有两组或两组以上的电容器组时,不能因为所采 用的真空断路器不能开断短路电流,而在每一个分组均设一台能开断短路电流的 断路器,与真空断路器串联使用。这既是不经济的,也是不必要的。

在采用限流电抗器限制母线短路容量的接线中,限流用的空芯水泥电抗器损 耗很大,而且在正常运行时它并不起作用。为了减少损耗,保定供电局采用限流 电抗器旁并联一台断路器的接线方式,正常运行时该断路器闭合,将限流电抗器 短接,事故时,并联断路器首先跳闸。这样使限流电抗器仅在事故时投入使用, 虽然增加了设备投资,但节省的运行费可以补偿。这种设备连接方式可以借鉴。

第2.3.2条 本条规定明确了装设串联电抗器的原则及串联电抗器的作用。 一、变电所中只装一组电容器时,一般合闸涌流不大,当母线短路容量不大 于80倍电容器组容量时,涌流将不会超过10倍电容器组额定电流。由于10倍以 内的涌流不致对回路设备造成损害,因此,可以不装限制涌流的串联电抗器。 当并联电容器组追加合闸时,合闸涌流将大大增加,其值可能达到回路设备 所不容许的程度。在此种情况下应装设限制涌流的串联电抗器。东北、华北电管 局规定:“变电所装有两组或两组以上的电容器并列运行,为调整电网运行电 压,有分别投切电容器组的操作机会时,电容器组必须装设限制涌流的串联电抗 器”。天津电力局还规定:“??当母线上仅接有两组电容器时,应尽可能将两 组电容器布置到母线的两端。”其目的也是为了限制合闸涌流。这样,当母线上 只接一组电容器而且该处的谐波分量又不大时,可以不装设串联电抗器。单组及 并联电容器组涌流及其频率的计算方法可参见附录二。

二、当系统的高次谐波含量超过规定时,应优先考虑在谐波源处采取限制措 施。若母线上原有的高次谐波含量在《电力系统高次谐波管理暂行技术规定》的 允许范围以内,而装设电容器装置后,容性阻抗会将原有高次谐波含量放大,使 其超过了允许值,这时则应在电容器回路装设串联电抗器,以改变回路阻抗参 数,限制谐波过分放大。 三、串联电抗器的作用是多功能的,归纳起来主要是:(1)减少网络中高次谐 波引起的电容器过负荷;(2)降低电容器组涌流的倍数和涌流频率;(3)减小电容器 侧的短路容量;(4)抑制电容器回路中产生高次谐波谐振及谐波的过分放大;(5)减 少电容器组断路器在两相电弧重击穿时的涌流,以利灭弧;(6)限制由于一台电容 器极间故障时,其他电容器组对其短路放电的电流。但其主要作用是抑制高次谐 波和涌流。电容器组因频繁操作需要采用真空断路器,而真空断路器因构造特殊 (触头开距小,真空不易散热等),提高开断电流有困难,所以用电抗器来限制电容 器装置的短路电流是一个比较经济的办法。为此需要采用不易饱和的空芯电抗 器,但这种电抗器的有功损耗较大。油浸铁芯式电抗器的损耗虽比前者小,但易 于饱和,当通过25倍额定电流时,其电抗值降为其额定值的20%左右,所以它不 能作限流电抗器使用。

第2.3.3条 对于星形接线的电容器组,限制合闸涌流或抑制谐波的串联电抗 器,无论接在电容器组的电源侧或中性点侧,其阻抗特性是完全一样的,可以起 相同的作用。串联电抗器接于电源侧,当电容器组的母线短路时,串联电抗

器必 须承受系统短路电流,因此要求它具有较高的动、热稳定性。电抗器一般须作成 单相结构。如10kV电力系统母线短路容量为500MVA时,其短路电流可达 25kA,而装于10kV电压侧与6000kvar电容器组配套的6%Xc油浸铁芯式串联电 抗器,其动稳定电流为8250A,与应满足的动稳定电流相差甚远,即使采用加强 型产品也不能满足要求。如选用水泥空芯式电抗器,虽可以满足装在电源侧的要 求,但损耗太大。对于短路容量较小的系统,采用加强型串联电抗器,装在电源 侧时,其动稳定可满足要求。串联电抗器装于中性点侧,可不受系统短路电流的 作用,因此可降低对串联电抗器动、热稳定的要求,还可以降低对中性点绝缘水 平和机械强度的要求。产品价格也相应地低一些。对于双星形接线的电容器组, 如把串联电抗器装在中性点侧,电抗器的技术经济指标虽可降低,但要装两组, 而装在电源侧虽需提高电抗器的绝缘水平,抬高价格,但只需装一组,又可以兼 作限流电抗器,发挥其多功能作用。象这种情况,究竟是装一台好,还是装两台 好,应根据具体情况进行比较确定。

综上所述,串联电抗器在电容器装置回路中的装设位置,应根据工程实际情 况经技术经济比较确定。

第2.3.4条 为了限制切除电容器组时产生的操作过电压,首先应采用无重击 穿的断路器来切合电容器组。适宜于频繁投切电容器组的国产真空断路器,还有 2%~6%的重击穿几率,现场测试结果表明,所投运的国产真空断路器在操作电 容器组过程中,发生重击穿时会产生很高的过电压,其对地电压可达4倍额定电 压以上,电容器极间电压可超过2倍额定电压。这将会损坏电容器的极间绝缘。 在国外,如日本、美国的真空断路器,其灭弧性能较好,重击穿几率一般都在 0.1%以下,但仍然配有氧化锌避雷器保护。因此,凡采用真空断路器频繁投切的 电容器组,均应装设氧化锌避雷器。 由于阀型避雷器有间隙,当电容器组出现操作过电压时,间隙击穿后,在半 个周波内不能将电容器的电荷放掉,间隙可能第二次击穿,产生过电压,避雷器 可能爆炸。例如,1978年12月侯家庙变电所电容器组,在试验第8组的断路器 时,由于没有避雷器保护,在较高的重击穿过电压下,发生断路器闪络,而此时 断路器断口又没有熄弧,造成母线短路。辽宁灯塔一次变电所10kV电容器组,未 装避雷器之前,在4次切合电容器组的操作中发生过两次过电压,装上氧化锌避 雷器后,进行了10次切合试验,出现的过电压值不超过1.4倍额定电压。1981 年9月天津陈塘庄变电所的电容器装置在投运试验过程中,曾发生两相重击穿, 出现了4.2倍的重击穿过电压,A、C两相的阀型避雷器(FS-10)当即动作,但因 通流容量不够而爆炸,电抗器的支柱绝缘子也闪络击穿,又如苏州平门变电所电 容器组在做投切试验时,第一次做投切30次试验中,因氧化锌避雷器未到货,未 能限制投切试验中的重击穿过电压,损坏了一台电容器。第二次做投切150次试 验中,由于安装了氧化锌避雷器,断路器分闸重击穿时氧化锌避雷器动作(已录 波),有效地防止了电容器损坏事故。 我国国家标准《并联电容器》附录A5.5条中规定:“对容易受到雷电过电压 的电容器应作适当保护,如果采用避雷器作保护件,则应尽量靠近电容器放置。 在采用这种保护装置时,应注意选择能承受来自电容器的,特别是大电容器组的 放电电流的避雷器”,国际电工委员会推荐标准出版物70第二版1967《电力电 容器》(以下简称IEC标准《电力电容器》2.0.2条规定:“对于那些易于受到雷 电高过电压的电容器应作适当的保护。如果采用避雷器,则应尽可能靠近电容器 放置”。

据华北电力试验研究所报导,在切电容器组试验的54相次重击穿数据的统计 中,电容器侧的过电压倍数较母线侧高。例如,断路器重击穿时电容器侧出现2 倍过电压的几率有50%,出现5倍过电压的几率仍有2.5%。因此本条规定氧化锌 避雷器应装设在电容器附近。 此外,电容器组母线上的过电压保护,应按过电压保护规程的规定执行。当 有架空引出线时,母线上也应装设氧化锌避雷器。 第2.3.5条 我国国家标准《并联电容器》A.10条中规定:“虽然已有放电装 置,在人接触电容器组的带电部分之前,仍应把电容器端子或母线短接起来并且 接地”。考虑到检修时接地方便,宜采用装设接地隔离开关的方式,最好用四极 隔离开关,将电容器组的电源侧和星形接线的中性点同时接地。此外,为保证检 修工作开始前可靠接地,应考虑装设防止误操作的机械联锁。 天津电力局规定:电容器组的电源侧及中性点侧均应装设接地刀闸。因为, 星形接线的电容器装置,长时间运行后中性点积有电荷,电源侧经接地放电后, 中性点仍会具有一定电位,威胁检修人员的安全。广州供电局曾发生一例这样的 事故:某变电所的电容器装置检修时,在电容器组的电源侧已挂了接地线,检修 人员认为已有安全措施,开始进行检修,但检修人员的手臂碰到中性点时,发生 了触电事故,所以,检修前中性点与电源侧均应接地。考虑到有时装设接地隔离 开关有困难,有些地区有挂接地线的习惯,采用装设接地隔离开关和挂接地线两 种措施均可行,故本条规定允许对上两种措施进行选择。 此外,由于熔断器熔断,内部连接断脱或过电压引起的非线性特性,在多段 串联的电容器组内部连接处,有时可能残留剩余电荷,因此在接触之前也应将这 些连接点对地短接放电,以保证检修人员安全。 第2.3.6条 本条是针对双套管电容器所作的规定。据调查,有少数运行中的 电容器装置和某些制造厂的成套装置,可能是为了布置上便于接线,把单台电容 器的熔断器接在星形接线的中性点侧。当然,这对电容器的极间短路故障,熔断 器所起的作用与将其装在电源侧是一样的。但是,当发生电容器套管闪络和极对 壳击穿事故时,故障电容电流将不通过装在中性点侧的熔断器,若熔断器装在电 容器的电源侧,当故障电容电流足够大时,熔断器将被熔断而切除故障。另一种 情况是,当中性点侧连接线上的任何一点发生接地时(星形、特别是双星形接线的 中性点连接线通常是很长的,因而发生一点接地是可能的),此时若再发生电容器 套管闪络或极对壳击穿事故,就相当于出现两点接地,装在中性点侧的熔断器就 会被短接,若熔断器装在电源侧,则可将故障切除。所以本条明确规定,当电容 器外壳接地时,保护单台电容器的专用熔断器应接于电源侧。

第2.3.7条 电容器是储能元件,断电后两极之间的最高电压可达额定电压峰 值2,2Ued(Ued为电容器额定电压,下同),因此,最大储能为CUcd它不能靠自 身

的高绝缘电阻放电至安全电压。为了避免合闸过电压,必须并接放电设备,在 短时间内使残压降至安全电压,以保障再次合闸时设备的安全以及检修工作的安 全,同时,电容器组加装了外放电装置,对降低单相重击穿过电压倍数有一定的 好处。由于内放电电阻放电速度较慢,重击穿过电压将比有外放电装置的电容器 组高。不少单位建议,对单台100kvar及以上的电容器应装设内放电电阻,内、 外放电并用对安全运行有利。

由于电容器组的放电关系到电容器的安全运行,所以本条强调电容器的外放

电装置回路必须完整,不允许在放电回路中串接熔断器及其他开关设备,不能因 某种原因使放电回路断开终止放电。为了保证人身和设备安全,我国国家标准 《并联电容器》和IEC标准《电力电容器》中均规定放电装置与电容器组直接连 接。

第三章 电器和导体的选择 第一节 一 般 规 定

第3.1.1条 本条是选择电容器装置的电器和导体的原则要求。对电器和导体 的其他特殊要求在以下各节中有具体规定。电容器装置的电器和导体的有关技术 条件和环境条件的一般要求不再一一列出。本规程未列入的其他电器。如隔离开 关、母线电压互感器、电流互感器、支柱绝缘子以及导体选择的其他要求,可参 照《导体和电器选择设计技术规定》的有关规定。

第3.1.2条 本条为电容器装置的电器和导体选择必须满足的技术要求。为保 证安全运行,电器和导体应满足长期允许电流及运行电压要求、短路时的动、热 稳定要求以及操作过程的特殊要求。操作过程的特殊要求包括:合闸过程的高频 涌流、分闸过程可能产生的重击穿以及重击穿引起的过电压、频繁操作等。 在电器选择和校验中,尚应考虑在电力系统中集中装设大容量的并联电容器 组,将会使其装设地点的系统网络性质有所改变。电容器组确实对其装设地点的 短路电流起着助增的作用,而且这种影响还会随着电容器组容量的增大及电容器 性能的改进(如介损减小、有效电阻降低以及开关动作时间加快等)而有所增加。成 都科技大学对此进行了分析研究,并且浙江省电力试验研究所和浙江省绍兴电力 局系统试验站进行了模拟试验。验证了成都科技大学在理论研究中所使用的电路 模型、分析计算方法及其结论是正确的。因此建议,当系统中装设的电容器组总 容量与安装地点的短路容量之比超过5%~10%时,应考虑并联电容器组向短路点 放电所导致的短路电流和动稳定电流幅值的增加,并应据此校核变电所其他电气 设备的动稳定和断流能力。还应根据电容器放电电流值校验母线的机械振荡。

理论研究表明,电容器组对短路电流的影响主要是产生了按指数规律衰减的 谐波电流,其最大值为n倍电容器的正常工作电流(n为谐波次数),其衰减速度决 定于电容器回路的时间常数。电容器组对短路暂态过程的影响,与短路地点、电 容器回路时间常数及短路计算时间有密切关系。短路点离电容器组装设的母线越 远、时间常数越小、计算时间越长,其影响越小,因此,在短路计算中一般只计 及短路点附近的电容器组的影响。在电容器组母线附近的负载支路短路,应根据 电容器组放电电流影响的严重程度,决定是否予以考虑。根据成都科技大学的研 究,系统中装设大容量电容器组后,仍可用常规的方法计算短路电流,需要计及 电容器组的影响时,可以乘上一个校正系数。 第3.1.3条 电容器装置的电器和导体的长期允许电流,应不小于1.35倍电容 器组额定电流,其理由如下: 一、根据我国国家标准和IEC标准的规定,在过电压和谐波的共同作用下, 电容器应能在有效值为1.3Ied(Ied为电容器额定电流)的稳定过电流下运行。我国国 家标准《并联电容器》第6.6条规定:“电容器的实测电容与其额定值之差应不 超过额定值的-5%或+10%”,考虑到厂家供应的成批产品,总容量误差达不到 +10%,故不应以1.43倍电容器组额定电流为选择电器和导体的依据。 二、电器和导体选择中的主要问题是电缆选择,若按不小于1.43倍电容器组 额定电流选电缆截面,势必将增加有色金属消耗量,有些大截面电缆还可能给安


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