浅述并联电容器组的过电压保护

浅述并联电容器组的过电压保护

毕书阳

（内蒙古鲁电蒙源电力工程有限公司内蒙古呼和浩特）

摘要：并联电容器组随的各种过电压，保护并联电容器组的金属物避雷器的技术特性，MOA的接线方案和参数的选择抑制过电压的其它措施等问题，供有关单位参考。

关键词：并联；电容器组；过电压保护

一、并联电容器组承受的过电压

并联电容器组的过电压问题，主要考虑操作过电压。因为对电容器组来讲遭受雷击大气过电压的机率很小，雷电波在大电容的影响下，陡度较小，减小了对绝缘的危害。常见的操作过电压主要有以下几个方面。

1.1电容器组分闸时弧燃引起的过电压

电容器组的操作过电压大多是由于在断路器分闸时电弧重燃所引起的。单相重燃时，在电容器组不接地中性点上，产生中性点对地过电压。此过电压与其它相电容上的电压叠加，形成更高的极对地过电压。据华北地区统计，用ZN10真空断路器投切8Mvar电容器组时，重燃率达10%，过电压最高可达5Uφ。分闸时还会产生两相重击穿和一次操作多次重击穿引起的操作过电压，但机率均较少。在电源侧有单相接地故障时产生的单相重击穿过电压远高于接地故障时的情况。安装了串联电抗器的电容器组，由于电容器端电压的升高，使操作过电压相应提高。

1.2电容器合闸引起的过电压

合闸时电容器极间过电压。未充电的电容器合闸时，极间过电压的最大值不会超过其额定电压峰值的2倍。如果电容器处于充电状态，而充电电压与系统电压大小相等，极性相反时，合闸时的极间过电压可能达到3倍。

由于真空断路器触头弹跳引起的过电压。合闸时，真空断路器触头的弹跳将出现电弧断开有接通的重复过程，过电压可能达到2.8~3倍，对电容器绝缘油产生危害。

非同期合闸引起的过电压。断路器非同期合闸时，可能出现其中一相先合闸使电容器充电，而其它两相接通时，也会遇到大小相近，极性相反的工况，有可能发生高于2倍的过电压。

1.3电容器合闸或分闸引起的远方放大过电压

电容器合闸引起远方变电站中产生的相间过电压放大，在国际大电网会议中已成为热门话题，据统计某次事故中7台变压器的损坏与离变压器3.3km以内的并联电容器合闸有关。其原因是由于电容器合闸瞬间，在输电线路上注入一个阶跃电压波的反射所引起，在线路末端两相对地电压可能达到3.5倍，由于两相的电压波极性相反，相与相之间的电压可能达到6.5倍，这一问题在国内尚未引起注意。电容器分闸过程发生电弧重燃时，过电压波也会沿着输电线路传播，在辐射状线路的末端，经过反射再反射的作用，将过电压波放大，对末端变电站中的电气设备造成危害。例如1978年我国淮南电业局某变电站35kV、9.4Mvar电容器组用DW8-35断路器分闸时，使相距5km的另一变电站的户内穿墙套管和开关的支柱绝缘子发生7次相间闪络和多次对地过电压为2.69Uφ，而相距5km的变电站中C相对地过电压高达5.2Uφ，过电压放大了1.93倍。1983年丹东电业局某变电站的66kV、20Mvar电容器组用SW2-60T断路器分闸时，多处远方变电站因过电压造成避雷器动作，最远的距离达56km。

1.4电容与电感的谐波匹配引起的谐振过电压

例如：①电容器组与变压器同时合闸，由于变压器合闸涌流的谐波影响，其中某次谐波可能与电容器发生串联谐振，产生倍数很高的动态过电压，时间上可持续数周波，甚至几秒钟；②空载变压器母线上投入电容器时，电容器合闸涌流中的谐波分量也会产生动态过电压；③如电容器组选用中性点接地的电压互感器线圈，当电容器开断时，储存在互感器线圈内的电磁能将释放出来，通过中性点与母线和电容器外壳的对地电容回路，产生振荡，在断路器的相对地和断口间产生很高的过电压。

1.5电容器组的其它过电压

主要指电容器组运行中曾发生的并非由于断路器分合闸产生的操作过电压，例如：配电线路断线接地或配电线路连续放电产生的过电压，配电变压器绕组因出线烧断放电引起非故障相变压器绕组的电干涸电容器组的电容形成的振荡回路产生的铁磁谐振过电压等都有可能对电容器组的绝缘造成危害。

二、保护并联电容器组的金属氧化物避雷器的技术特性

交流无间隙金属氧化物避雷器（MOA）使用金属氧化物非线性电阻作为唯一工作元件的避雷器。非线性电阻阀片以ZnO为主体，约占90%，添加少量其它金属氧化物后经混合、压制、高温焙烧而成。由于阀片的非线性伏安特性非常好，即使当通过电流的变化达6个数量级时，而电压也只变动50%-60%左右。因此在过电压情况下，尽管通过MOA的电流数值很大，而能做到的保护较低的符合要求的残压值。阀片的伏安特性曲线如图一所示。当过电压过去以后在系统工作电压作用下阀片呈高电阻状态，将工频电流限制到数十微安，相当于绝缘状态，可持续运行。由于MOA没有间隙，在雷电过电压、操作过电压、暂时过电压和长期的工频电压作用下，都有相应的电流通过MOA。MOA的工作特性与传统的碳化硅阀型避雷器对比，其显著差别是：①MOA的保护水平只取决于残压；②MOA无灭弧问题，其可靠性主要取决于热平衡；③MOA除承受雷电和操作过电压时的负载外，还承受暂时过电压和系统工作电压的负载。

三、MOA的接线方案

二十世纪90年代初MOA保护电容器组的传统接线方案。在编制国家标准GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》时，有关单位根据运行经验提出不少新接线方案，对传统方案有较大的突破。试验研究结果表明：电源侧有单相接地时单相重击穿，对电容器的极间电压无影响；两相重击穿时的过电压也不受单相接地的影响，以此作为确定避雷器参数的依据。

四、抑制电容器组分闸重燃过电压

目前10~35kV并联电容器组选用真空断路器作为开关设备，由于真空断路器的性能不良，曾发生过多次由于电弧重燃过电压造成电容器油箱爆炸事故。断路器发生重燃后，中性点将出现很高的过电压，通过中性点的传递，使非重燃相的过电压最高。如果首相开断重燃，其它相也在瞬间开断，会形成两相重燃，将在电容器及串联电抗器的相间产生倍数很高的过电压，使串联电抗器和电容器同时损坏。

性能良好的真空断路器采用铜铬触头，截流值Ij可做到5A以上，过电压值也受到限制。真空断路器合闸时的触头弹跳可能引起电弧重燃产生过电压。老式的ZN2-10断路器触头弹跳次数高达3~4次，持续时间长达4~5ms，会引起重燃。而ZN12等新型真空断路器合闸时，触头弹跳时间很短，不超过1ms，不会引起重燃。真空断路器产生电弧重燃的原因与触头表面的平整和结晶及真空泡内的状况有关。国产真空断路器投产前送有关单位进行“老炼”处理后，电弧重燃的机率大大降低，过电压问题将有所改善。

为了抑制真空断路器的操作过电压除安装氧化锌避雷器外，还可以安装西门子公司的3EF1过电压吸收装置。由于SF6断路器不会发生电弧重燃，有条件时，也可选用SF6断路器操作电容器组。用DW8-35型多油断路器操作35kV电容器组时，电弧重燃过电压倍数较高，不宜选用。而断口带并联电阻的DW2-35型多油断路器可用投切20Mvar以下的电容器组，效果较好。当电容器组容量小于10Mvar时，每个断口ide并联电阻值为120Ω。电容器组容量为1~2Mvar时，每个断口的并联电阻值为70Ω，每相共140Ω，加装并联电阻的主要作用是用来减小关合时通过的涌流。

五、其它防止过电压的措施

5.1不选用三相五芯柱的电压互感器

例如不选用JSJW-10型电压互感器作为电容器组的放电器，也不允许用3台单相电压互感器一次线圈Y接，中性点接地后作为放电器。这种接线的电压互感器的电感和电容器组的对地电容，在断路器分闸产生截流时，会产生振荡过电压，易导致对地绝缘的损坏。

5.2安装无电压时断开电容器组的继电保护装置

防止变压器带电容器空载情况下合闸，引起过电压或变

压器的电抗在高频涌流下与电容器发生谐振。

5.3安装过电压保护和不平衡电压保护

防止电容器在超过允许值的电压下长时间运行。

参考文献：

[1]王永源.并联电容器组中电容器损坏特征与过电压保护研究[D].华南理工大学，2011.

[2]花顺.并联电容器组的过电压保护[J].电子世界，2014（12）：409.