[发明专利]串联电容器组的无死区保护方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及电力系统规划与运行领域，具体是一种串联电容器组的无死区保护方法。

背景技术

电容器组通常由多只电容器串并联组成，每只电容器又由多个小单元并联而成。当电容器内部出现故障时，与小单元串联的内置熔丝将会快速熔断，切出故障部分，其他完好部分还可继续工作。

个别或少量的故障小单元被切除，一般对电容器的容量改变不大，仍可继续运行。但当电容器因内部故障被切除的小单元数量增加到一定程度时，就会对电容器的容量造成明显影响，应当尽快更换。

为了灵敏地反应串联补偿装置中电容器的损坏程度，通常的做法是将多只串并联的电容器分成四组，形成四个桥臂，按照“H”型接成桥式接线，如图3所示。由于四个桥臂的参数是对称的，正常运行时桥差回路没有电流。当任何一只电容器损坏时，由于“H”桥的平衡被破坏，桥差回路就会有电流流过。桥差回路电流的大小，反映了电容器的故障程度。我们称这种保护方式为“桥差”保护。

对于并联补偿，施加在电容器组两端的电压基本恒定，桥差回路电流的大小只取决于单个桥臂的电容器的损坏程度，动作死区可以做到单个桥臂电容量的10%左右甚至更低。而单个桥臂的电容器损坏程度低于10%时，对电容器组补偿容量的影响一般不超过3%，仍可继续运行。

但是对于串联补偿，电容器组桥差回路电流的大小除了与单个桥臂的电容器损坏程度有关之外，还受负荷电流大小的影响。例如，用于宁夏海原站的110kV高压新型串联电压补偿装置的额定电流为238.4A，在额定运行工况下当单个桥臂的电容器损坏5%左右就可以发出故障报警信号，损坏10%左右（整套串联电容器组超过2.85%）就可以发出动作报警信号；当负荷电流降低到150A时单个桥臂的电容器损坏8.82%才可以发出故障报警信号，损坏16.63%（整套串联电容器组超过4.53%）才可以发出动作报警信号；当负荷电流降低到50A时单个桥臂的电容器损坏21.38%才能发出故障报警信号，损坏42.77%（整套串联电容器组超过13.60%）以上才发出动作报警信号；当负荷电流降低到14A以下时桥差保护将失去保护作用，而此时整套串联电容器组的容量误差已经超过48.57%。可见，当用于海原站的110kV高压新型串联电压补偿装置的负荷率低于0.6以下时，只有电容器损坏程度达到严重影响补偿效果之后才能发出动作报警信号。

有时受结构尺寸的限制，不能采用“H”桥型接线，只能采用2只电容器并联。例如用在固原南郊变10kV 114中河线的新型中压串联补偿装置，若单只电容器允许故障程度为10%（相当于总电容量的5%），则可整定为差流超过额定电流5.26%时动作。而当串联电容器组工作在半载状态时只有单只电容器损坏达到58.32%才会动作。

努力寻求一种保护方案，使得串联电容器组的保护死区控制在3%以内，而且不受负荷电流的影响，是保证串联电容器组安全运行所必须解决的问题，也是关系到高压新型串联电压补偿系统的研究与开发这一科研项目能否顺利完成的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种串联电容器组的无死区保护方法，使得在任何工况下串联电容器组的保护动作死区都可以控制在3%以内，单个桥臂电容器容量的故障报警死区控制在容量的5%左右，单个桥臂电容器容量的保护动作死区控制在容量的10%左右。

本发明的技术方案为：

串联电容器组的无死区保护方法，所述的串联电容器组是由多个电容器组串联组成，所述的每个电容器组是由多个电容器串并联而成，所述的电容器组的两并联支路之间连接有桥差电流互感器，当两并联支路中任一电容器损坏时，桥差电流互感器采集到不平衡电流通过，然后将不平衡电流传输给控制器，所述的串联电容器组的无死区保护方法即在两并联支路的输出端后串联工作电流互感器，工作电流互感器采集负荷电流然后传输给控制器，然后将不平衡电流与负荷电流之比定义为桥差比率，控制器计算得到的桥差比率超过设定的桥差比率预警值时，控制器实现报警。

所述的两并联支路的电容分成四组，形成4个桥臂，按照H型接成桥式接线，桥差回路上连接有桥差电流互感器，由于四个桥臂的参数是对称的，正常运行时，桥差电流互感器中没有电流，当任一电容器损坏时，“H”桥的平衡被破坏，桥差电流互感器会有不平衡电流流过。

所述的两并联支路的输出端均穿过一桥差电流互感器，且穿过方向相反，正常运行时，两并联支路的分流相等，在桥差电流互感器中的磁势相等，方向相反，桥差电流互感器中没有电流，当任一电容器损坏时，在桥差电流互感器中的磁势不再相等，桥差电流互感器会有不平衡电流流过。