根据目前国产断路器的制造情况,很难同时满足本条中的四点要求,填空断 路器虽能适应频繁操作,但有合闸弹跳和分闸重击穿问题,故在装有真空断路器 的地方,均装设氧化锌避雷器作为防护过电压的措施。对于合闸涌流不满足要求 的情况,用加设串联电抗器的办法,能有效地降低合闸涌流倍数。真空断路器经 “老炼”处理可有效地防止重击穿现象。
第3.3.2条 本条规定是为了更合理地选择电容器投切装置,尤其在220kV变 电所中装设多组关联电容器在选择其投切装置时应加以考虑。因为当总断路器因 两相短路而跳闸时。其中有一相还要切除电容电流,因此,对整组断路器来说应 具有切除全部电容器的能力。东北电力设计院在工程设计中就是这样考虑的。由 于总断路器设置的目的之一是为保护短路,故总断路器应能开断回路的短路故障。
第四节 熔 断 器
第3.4.1条 单台熔断器保护具有动作迅速、结构简单、价格低廉、减少断路 器跳闸次数并保证无功功率的连续供给等优点。对于中性点不接地的单串联段星 形电容器组,熔断器的开断电流仅为电容器额定电流的3倍,这样就可选用尺寸 小、重量轻和价格低廉的喷逐式高压熔断器。故本规程推荐采用它为单台电容器 专用保护熔断器。但目前国内喷逐式熔断器产品的性能尚不能完全满足要求,运 行中尚有拒熔断或误熔断现象,应引起厂家的足够重视,尽快改进产品质量。
第3.4.2条 本条规定系根据原一机部标准《并联电容器单台保护用高压熔断 器》(报批稿)制订的。
第3.4.3条 限流式高压熔断器利用熔管内充填的石英砂冷却电弧,又利用弧 道电阻随着熔体在熔化过程中由固态至液态,再由液态至气态(未游离状态)的变化 而引起的急剧变化,使流经熔体的短路电流未达到峰值前,未过零就强迫灭弧。 因此它在限流和截流过程中将产生限流峰值过电压。此过电压的幅值与熔断器的 额定电压、额定电流、开断电流以及开断最大开断电流时的电流限流值有关,而 且与熔断器的结构(如熔体直径、长度、熔体结构以及石英砂充填的情况等)有关。 当额定电压高、额定电流大时,熔体的直径大,长度也长,熔体在熔化
过程中弧 道电阻的变化越大,限流作用也越大,这样产生的限流峰值过电压也越高。制造 部门在设计熔断器的熔体结构时,往往需要采取措施(如把熔体分段,以减少熔体 局部熔断的长度),把熔断器动作时产生的最大过电压倍数限制在2.5倍额定相电 压以内,而与实际工作电压关系不大。由于此值并未超过同一电压等级电网的绝 缘水平,所以正常运行时不会产生危害。但是,当熔断器使用在低于其额定电压 的电网中时,过电压的绝对值仍不变,而相对于该电网额定相电压的过电压倍数 将超过2.5倍额定相电压,这样就可能超过电网中电器的绝缘水平,对它们造成 损坏。
第3.4.4条 高压熔断器与被保护的电容器工作在一个串联电路中,因此高压 熔断器的额定电流应与并联电容器的最大过电流允许值相配合。电容值具有最大 正偏差时,其最大过电流允许值为额定电流的1.43倍。
目前国内各电容器专用熔断器制造厂虽然基本上按照原一机部部标《并联电 容器单台保护用高压熔断器》的规定,通过了试验,但是各制造厂提供的安秒特 性不仅只是熔断特性而不是开断特性,而且也未提出安秒特性曲线的上下包络 线,也即标准偏差值。根据低压熔丝试验情况可知,其误差高达±50%,国外也 达±25%左右。高压熔断器的熔丝可能会好一些,但是总存在不小的分散性,同 时各制造厂目前生产的喷逐式高压熔断器,由于小电流开断特性定得过于灵敏, 以致误动率较高(在调查中发现各地都经常出现)。故本规程仍沿用《导体和电器选 择设计技术规定》中的规定,即熔断器熔体的额定电流可按电容器额定电流的 1.5~2.0倍选择。
第五节 串联电抗器
第3.5.1条 本条规定是为了明确选择限制合闸涌流的串联电抗器电抗值的原 则。涌流应小于断路器所允许的额定关合电流。 电容器抗涌流能力按我国国家标准《并联电容器》规定为:“电容器应能承 受第一个峰值不超过22额定电压有效值、最长持续1/2周期的过渡过电压。用 无重击穿的开关切合电容器组时,此过电压通常是在关合时发生,此时过渡过电 流的最高峰值允许达到100倍额定电流。在这种情况下,每年允许作1000次切 合。其中若干次切合是在电容器的温度低于0℃,但在下限温度之内进行的”。 对于电容器的专用熔断器,大部分制造厂家均参照了西安电力电容器研究所提出 的有关涌流参数的建议标准,此标准是根据1975年3月召开的切合电容器开关座 谈会纪要提出的。
(1)涌流第一半波幅值为额定电流幅值的70倍(即有效值的100倍); (2)涌流频率为工频的70倍,即3500Hz;
(3)涌流振荡衰减时间为1/5(工频)周波,即4ms。
这就是国内现行的专用保护熔断器抗涌流能力的考核试验条件。虽然这些参 数与IEC标准相比较,频率值较低,而且频率和衰减时间未给定一个允许误差范 围,以致给实际试验带来困难,但这并不妨碍把它们作为限制涌流的参数标准。 电容器组投入时的高频涌流通过变比较小的电流互感器时,由于电流互感器 一次侧线圈电感较大,在合闸过程中有较大的过电压产生,可能会将电流互感器 一次线圈的绝缘击穿。张家口地区的侯家庙变电所及山西、江苏等地均发生过此 类事故。涌流越大,过电压也越高。张家口供电局曾试验用低压避雷器跨接于电 流互感器一次侧两端,但未成功,其结果是低压避雷器与互感器同时爆炸。为了 防止上述事故。应尽量选用较大变比的互感器,制造时应加强匝间绝缘并研究限 制匝间过电压的保护措施。另外,涌流也能在电流互感器二次侧端
子间感应出高 电压,以致放电而损坏二次设备。例如原天津白庙变电所的电容器组就曾由于断 路器合闸多次发生互感器损坏而使保护误动。
涌流过大可能造成断路器触头熔焊、烧损,重击穿时的冲击涌流还可能使断 路器灭弧腔由于冲击膨胀而损坏。涌流产生的电动力会给开关设备、母线和绝缘 子等回路设备以很大的冲击,还可能造成电容器绝缘损伤,并使串联电抗器和电 流互感器产生严重的过电压而损伤绝缘。
一般的铁芯电抗器,由于投入时的饱和作用,实际上电抗值比额定值减少很 多。国产的铁芯电抗器,大约在3倍额定电流下铁芯就饱和。例如,良乡变电所 的CKS-300/10型电抗器,额定容量300kVA,每相额定电抗为1.34Ω,合闸瞬间 动
250态电抗的理论计算值为?134.?67.(?),其中250Hz为电容器组合闸涌流频
50率,但由于合闸涌流引起电抗器磁通饱和,动态电抗的实测值为2.75Ω,较理论
6.7?2.75值减小?100%?59%。因此,国产铁芯串联电抗器在合闸涌流下的实
6.7际 电抗值只有额定电抗值的30%~60%。宁波变压器厂生产的CKS(CKD)型串联电 抗器,厂家来信声明,当通过电流为额定电流的25倍时,电抗值将降为额定电抗 值的20%左右。虽然日立HM型串联电抗器的特性较好,但也存在此问题,例如 北京供电局采用的HM型600kVA串联电抗器,每相额定电抗0.726Ω,该电容 器组合闸涌流频率为167Hz,合闸瞬间动态电抗的现论计算值为 167?0726.?2.42?。由于合闸涌流引起电抗器磁通饱和,动态电抗的实测值为 501.94Ω,较理论值小
2.42?194.?100%?20%,所以,从限制涌流的角度来看可2.42选 取空芯电抗器,以获得良好的线性特性。
第3.5.2条 本条规定是为了使电容器回路的综合阻抗对被限制的谐波呈感 性,从而避免容性阻抗的高次谐波放大现象。电抗器的感抗值应满足XL>Xc(XC为
n2电容器组的容抗),对于5次谐波则有XL>Xc=0.04XC;对于3次谐波
52XL>Xc=0.11Xc。因此,在实际应用中,为了限制5次及以上的谐波,常选用电
32抗值为5%~6%Xc的串联电抗器,而为了限制3次及以上的谐波,常选用电抗值 为12%~13%Xc的串联电抗器。限制涌流的电抗器可按附录二计算。
关于我国电力系统高次谐波管理的规定,可按水电部颁发的《电力系统谐波 管理的暂行规定》执行。
当采用串联电抗器后,应注意由此引起的电容器端电压的升高。 第3.5.3条 本条是根据电容器允许长期过电流运行的条件下,同时考虑铁芯 电抗器的饱和作用而规定的。规定的1.35倍额定电流中包括35%的高次谐波等效 电流。
串联电抗器应满足短路时的动稳定电流及短路持续时间内的热稳定电流的要 求,且不产生任何机械的或热的损伤。
串联电抗器的噪音水平,一般要求在额定电流下,距离电抗器处壳1m处, 噪音不大于70dB。
串联电抗器的绝缘试验电压应满足下表要求:
表3.5.3-1 串联电抗器绝缘试验电压
第六节 放 电 装 置
第3.6.1条 目前我国已能生产FDJ2-10型10kV配7500kvar电容器组和FD2- 1.7/10型10kV配5000kvar电容器组的专用放电线圈。该放电线圈系根据放电特 性要求制造,与常用电容器容量配套,宜优先选用。但仍感规格不全,且35kV及 63kV的专用放电线圈尚未生产,故用“宜选用专用放电线圈”这一不严格的用 语,且规定可用单相电压互感器代替。
经计算表明,单相电压互感器可满足放电装置的放电特性要求,而三相五柱 式电压互感器,由于其一次侧中性点接地,在分闸后一次线圈各相电感与各相电 容及母线对地电容,将构成高频振荡回路,其铁芯中储存的电磁能量释放后产生 振荡,将引起幅值很高的振荡过电压。据东北电管局介绍,电容器的对地电压最 高达5.3倍额定相电压,断路器触头间的恢复电压达5.8倍额定相电压。因此,不 应以三相五柱式电压互感器作为放电装置。
第3.6.2条 因为放电装置直接跨接于电容器组的端子或母线上,所以将承受 与电容器组相同的工作电压。
第3.6.3条 手动投切的电容器组不需要在很短的时间间隔内开断和关合,所 以其放电装置只需从人身和设备安全方面对放电特性提出要求。并联电容器的 IEC标准、美国标准、日本标准、英国标准及苏联标准均为5min内将电容器上剩 余电压自电容器额定电压峰值降至50V。我国国家标准《并联电容器》规定“与 电容器直接连接的放电装置应能使电容器上的剩余电压在10min内自2Un降至 75V以下”。(该标准中Un系指额定电压)。 以上均系对电容器的内放电电阻的要求。从安全电压来讲,电缆隧道照明电 压为36V,在锅炉或铁箱内工作时的携带式作业灯的电压为12V。人触电死亡主 要决定于流过人体的电流和持续时间。从上述提及的各种电压值来看,基本上均 属于安全电压的范畴。从放电时间来看。从运行人员在主控制室内听到音响、根 据信号掉牌等判别了电容器事故跳闸后,再到电容器安装地点。若电容器为户内 又邻近主控制室布置时,一般至少需要5min以上才能到达现场。同时安装在变电 所内的单组容量为2000kvar及以上的电容器组一般均单独装设放电装置,因为电 容器内附放电电阻后不仅占了箱内容积,增加了损耗,使温升提高,而且往往电 阻的热容量不易满足要求,易于损坏而又不易被发现,所以一般只在单台容量较 大的(例如100kvar以上)电容器才内附放电电阻。 同时,我国国家标准《并联电容器》A.10条还规定“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。” 因此,手动投切的电容器组的外接放电装置只须与内放电电阻的要求一致,就 能确保人身的安全了。 上述国标附录还规定:“当电容器可能在很短的时间间隔内开断和关合时, 电容器组的设计应使开合时间间隔和放电装置的放电效能相配合,使电容器在再 次接上电压时,其端子上的电压不高于额定电压有效值的10%。”(参见上述国标 A.10安全要求)因此,本条第二款对有自动投切的电容器组规定为自电容器组额定 电压峰值降至0.1倍电容器额定电压及以下。以便使额定电压再次加上时,电容 器组上的电压亦不致超过1.1倍额定电压。放电时间规定为5s是考虑到自动投切 的电容器装置从开断到再关合的时间一般大于5s。
理论分析与试验表明:三相电容电路的开断恢复电压比单相高,重击穿过电 压更为严重,应引起足够重视。
经计算表明:若能满足上述放电特性要求,则同时也可满足人身安全方面的 放电特性要求。
第3.6.4条 放电装置的额定容量是从其绕组的热稳定要求提出来的。当兼作 继电保护装置电源的检测装置时应带二次线圈,以节省一组保护用电压互感器, 电压变比误差小于±1%?时,可满足继电保护装置要求。 第3.6.5条 放电装置的有功损耗大,使并联电容器组的运行损耗增加。经计 算当有功损耗为额定容量的1%时,放电特性可满足本规程第3.6.3条规定的放电 特性要求。一般单相电压互感器的有功损耗均小于额定容量的1%。
第七节 导体及其他
第3.7.1条 单台电容器至母线或熔断器连接线的长期允许电流,应与单台电 容器的持续工作的电流相一致。国家标准《并联电容器》第5.3条中规定:“电 容器应能在有效值为1.30In的稳定过电流下运行。这种过电流是过电压和高次谐 波造成的。对于电容具有最大正偏差的电容器,这个过电流允许达到1.43In。” 因此,单台电容器至母线或熔断器的连接线的长期允许电流,本条规定不应小于 1.43倍单台电容器的额定电流,以满足具有最大正容差的电容器的运行要求。按 上述条件选出的连接线。尚应满足正常运行及事故情况下的机械强度要求。 第3.7.2条 选择保护电容器组的氧化锌避雷器时,应根据电容器组的额定电 压、氧化锌避雷器的连接方式来确定避雷器的额定电压、起始动作电压(亦称1mA 电压)、保护比(压比)和通流容量等主要技术参数。为了确保氧化锌避雷器放电时 安全可靠,应对其通流容量进行校验。避雷器的冲击通流容量要足以通过相应的 雷电流波形和幅值,而其方波通流容量的确定,则应根据其连接方式、系统可能 出现的过电压值及电容器组容量来确定。校验方法如下: 一、校验方波通流容量
对于容量已确定的电容器组,通过氧化锌避雷器的最大方波电流可按下式计 算:
?If?1(Um?Uf)C? (3.7.2-1) 2式中If——可能通过避雷器的方波电流最大值(A);
Um——未接入避雷器时,系统可能出现的过电压峰值(kV),其对地最大过电 压倍数对于Ⅰ、Ⅱ型连接方式取5,Ⅲ型连接方式取2.5; Uf——与方波电流对应的避雷器残压峰值(kV);
C′——避雷器泄流回路中电容器组的等值电容(μF),对于Ⅰ、Ⅱ型连接方