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淺談電力電容器在繼電保護系統中的故障控制處理與選型

更新時間：2021-01-29　點擊次數： 1004次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

【摘要】電容器的好壞對電能的質量與效益起著至關重要的作用"然而有多種原因導致電容器在其運行過程中發生故障$本文結合電力電容器在繼電保護系統中的作用"針對導致電力電容器發生故障的內部原因及外部原因"對繼電保護系統中電力電容故障進行分析"并提出了相應的處理辦法。

【關鍵詞】繼電保護；電力電容；故障原因；處理辦法

0 引言

由于全用電規模不斷加大，電網的管理及控制的復雜程度不斷加深，所以在電力系統中引入了自動化的計算機系統。同時，在處理該計算機系統的故障信息時，電力系統進步引入了繼電保護系統，用以幫助電網運行的調度管理故障信息，從而提高電網運行的性以及應對突發事件的靈敏性。然而，繼電保護系統的可靠性也會因為種種原因而受到影響，例如在處理系統內無功補償"諧波等問題時，就需要電力電容器發揮作用，但是在實際操作過程中，電力電容器的故障很大程度影響了繼電保護系統的性能。

1 電力電容器有利于實現繼電保護系統的可靠性

*，可靠性是指系統中的各個設備"元件能夠在預定時間內或者所需條件下順利完成規定指示的基本能力。而繼電保護系統的可靠性則是指，如果電力系統產生故障，繼電保護裝置會在規定的范圍內不拒動作；同時，如果該故障的解決要求繼電保護裝置不應動作，那么裝置也不能出現錯誤的動作。可見，繼電保護裝置的靈敏性是指保證其不拒動"不誤動，否則會降低整個電力系統的性能。電力電容器則是有利于實現繼電保護系統的可靠性，其具體作用如下：

1.1 補償無功功率

電力系統中有很多網絡元件，其中大多數網絡元件消耗著大量無功功率，尤其是電感元件。電感元件是種儲能元件，其原始模型為導線繞成圓柱線圈（圖。）。此外，在電機"變壓器等負載元件的運行過程中，也需要消耗大量無功功率。負載元件可以將電能轉換成其它形式的能，連接在電路中的電源兩端，如果在電路中沒有負載而直接連接電源的兩級，則會出現短路。電容也是負載元件的種，不過電容是不消耗功率的元件，并且在電力系統中改變無功功率的流動，從而使電壓升高，在感性元件消耗功率的同時對無功功率進行補償。

1.2 濾除各次諧波

電容器的很大個功能是在高壓直流輸電系統中過濾高次諧波，諧波會引起繼電保護和自動裝置的拒動作和誤動作，并且在交流＜直流＜交流的過程中會產生各次諧波電流，這就需要裝設交直流濾波電容器。電容器可以對無功功率進行補償，而無功補償也是常用的治理諧波的方法。可見，電容器的好壞很大程度決定著電能的質量與利用效率，從而保證繼電保護的效益。

圖1電感元件

2 電力電容故障形成的原因

2.1 導致電力電容故障的內部原因

電容器本身在設計工藝方面存在問題，這也很大程度為繼電保護系統的運行帶來負面影響，例如：

（1）電容器中的元件芯子沒有*浸漬，這種現象會使電容器在運行過程中故障頻出。

（2）為了降低成本和保證較高的經濟效益，生產廠家設計了場強過高的電容器，而場強過高是損壞電容器的重要原因之。

（3）電容器在設計上存在隱患，當電容器內部元件產生故障電流時，其中的熔絲不能及時熔斷，導致電容器內部的溫度急劇升高，如果加之沒有有效的繼電保護措施，電容器很容易脹裂甚至爆炸。

2.2導致電力電容故障的外部原因

（1）電流過大。電容器有助于濾除各次諧波，尤其對高次諧波比較敏感，所以可能會在某頻率下產生諧振，形成電流過大的諧波。在電容器與諧波源負荷連接時，如果此時系統的感抗與電容器的容抗在某頻率下剛好大小相等且方向相反，那么在發生并聯諧振時，電流過大的諧波會造成電容器過電流。

（2）溫度過高。電容器的工作環境需要適宜的溫度，無論是內部溫度還是外部溫度都不能過高。方面，電容器所需的內部溫度應保持在低于65℃的水平上，高不得高于70℃，電流過高的諧波在造成電容器過電流的同時，也會使電容器過熱，容易產生熱擊穿的現象，或者出現鼓肚，從而影響電容器的性能甚至損壞電容器。另方面，就電容器的外部溫度而言，電容器周圍環境的溫度偏高會導致電容工作時無法散熱，但是如果溫度偏低也會導致電容器內的油凍結，容易產生電ji穿的現象。

（3）電壓過高。過電壓會對電容器產生較大危害，電容器對電壓十分敏感，電容器的使用壽命與過電壓的幅值"過電壓的時間以及過電壓的次數密切相關，并且電容器的損耗與電壓的平方成正比。過電壓時間長會導致電容發熱，加速電容器絕緣損傷，也會出現電ji穿，加之有的電容器組沒有采取過電壓的保護措施，操作時存在很大的隱患，甚至引起爆炸。

3 針對電力電容故障的內部原因采取的處理辦法

通過分析繼電保護系統中電力電容故障的形成原因得知，電容器的故障是可控的，并且應當采取相應措施保證電容器的穩定運行，使電容器在繼電保護系統中發揮應有的作用，終為用戶提供經濟的電能。

3.1 保證元件芯子*浸漬

（1）適當延長真空浸漬時間并施加定油壓。

（2）將真空浸漬改為臥放浸漬方式，在電容器臥放的狀態下便于內部的液體介質浸漬到元件中去，從而確保*浸漬。

3.2 降低場強

（1）電容器的外殼厚度。電容器在出廠設計時的場強過高，這導致電容器容易出現故障，所以電容器的外殼厚度是降低場強的方法，同時要考慮滿足電容器的安裝尺寸，保證在臥放的狀態下電容器也能正常運行。

（2）采取三層粗化膜結構，這可以降低電弱點的重合率，并且采取鋁箔折邊和突出結構，可以改善板邊緣的電場分布情況，均有利于降低場強。

3.3配備單臺熔絲或者化熔絲特性

（1）如果電容器內部元件產生故障電流，而其中的熔絲又不能及時熔斷，那么電容器很容易脹裂甚至爆炸，采用單臺熔絲是防止油箱爆炸的有效措施。

（2）熔絲的安秒特性太差會導致電力電容故障，試驗表明?熔斷器可以在$/+.:將電容器的故障電流開斷，所以需要進步改善熔斷器的質量，改進熔斷器的安裝方法，并且加強熔斷器的運行和維護。

4 針對電力電容故障的外部原因采取的處理辦法

4.1 限制諧波電流

諧波過電流會導致電容器出現故障，針對電網的諧波超標引起過電流或是電容器投入時的佩流過大等情況，可以采用金屬氧化物避雷器保護?防止電容器內部元件的電ji穿或熱擊穿。其次，考慮到諧波的存在，規定電容器的工作電流不得超過額定電流的1/+倍，必要時，可以將電抗器與電容器串聯，錯開諧振點，串聯電抗器的電抗值應大于電容器的容抗值。

4.2 保持電容器周圍及內部有適宜的溫度

（1）電容器工作的環境溫度應控制在40℃之內，并且在電容器附近不要放置某種熱源，如果電容器的工作環境溫度超過了40℃，則應當做到及時的通風降溫，或者及時切除電容器。

（2）保持電容器外殼的溫度不要超過60℃，可以采用熔點為50℃-60℃的試溫蠟片，檢測電容器外殼的溫度，或者在電容器外殼上粘貼桐油石灰溫度計的探頭，如果溫度過高也應當及時切除電容器。

4.3 防止過電壓帶來的電容器絕緣損傷以及擊穿現象

電容器對電壓十分敏感，電容器本身的額定電壓般應高于電網電壓,所以通常規定電容器不得在超過額定電壓10%的情況下長期使用，這也是為了延長電容器的使用壽命。為防止過電壓，在停電或輕載時，需要把電容器暫時退出運行，或者采用減壓運行的方式。另外，電容器在運行的過程中，應時刻檢查放電裝置和熔絲，確保放電裝置和熔絲是完整良好的，并且在大容量的電容器上好安裝失壓保護裝置。

5安科瑞AZC/AZCL智能集成式電容器介紹

5.1產品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或臺分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找投入（切除）點，實現過投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2產品選型

AZC系列智能電容器選型：

補償方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規格型號	外形尺寸(mm)
補償方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規格型號	長度	寬度	高度
三相共補 SP1	復合開關投切	20+20	AZC-SP1/450-20+20	380	80	300
		15+15	AZC-SP1/450-15+15	380	80	270
		20+10	AZC-SP1/450-20+10	380	80	270
		10+10	AZC-SP1/450-10+10	380	80	250
		10+5	AZC-SP1/450-10+5	380	80	250
		5+5	AZC-SP1/450-5+5	380	80	250
		2.5+2.5	AZC-SP1/450-2.5+2.5	380	80	250

補償方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規格型號	外形尺寸(mm)
補償方式	投切裝置類型	容量 (kvar)	規格型號	長度	寬度	高度
三相共補 SP1	同步開關投切	20+20	AZC-SP1/450-20+20(J)	380	80	300
		15+15	AZC-SP1/450-15+15(J)	380	80	270
		20+10	AZC-SP1/450-20+10(J)	380	80	270
		10+10	AZC-SP1/450-10+10(J)	380	80	250
		10+5	AZC-SP1/450-10+5(J)	380	80	250
		5+5	AZC-SP1/450-5+5(J)	380	80	250
		2.5+2.5	AZC-SP1/450-2.5+2.5(J)	380	80	250
單相分補 FP1	復合開關投切	30	AZC-FP1/250-30	380	80	330
		20	AZC-FP1/250-20	380	80	270
		15	AZC-FP1/250-15	380	80	270
		10	AZC-FP1/250-10	380	80	250
		7.5	AZC-FP1/250-7.5	380	80	250
		5	AZC-FP1/250-5	380	80	250
	同步開關投切	30	AZC-FP1/250-30(J)	380	80	330
		20	AZC-FP1/250-20(J)	380	80	270
		15	AZC-FP1/250-15(J)	380	80	270
		10	AZC-FP1/250-10(J)	380	80	250
		7.5	AZC-FP1/250-7.5(J)	380	80	250
		5	AZC-FP1/250-5(J)	380	80	250

AZCL系列智能電容器選型：

補償方式	電抗器類型	容量 (kvar)	規格型號	外形尺寸(mm)
補償方式	電抗器類型	容量 (kvar)	規格型號	長度	寬度	高度
三相共補 SP1	電抗率7% 材質鋁	40	AZCL-SP1/480-40-P7	480	200	380
		35	AZCL-SP1/480-35-P7	480	200	380
		30	AZCL-SP1/480-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-SP1/480-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-SP1/480-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-SP1/480-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-SP1/480-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-SP1/480-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質鋁	40	AZCL-SP1/525-40-P14	480	200	380
		35	AZCL-SP1/525-35-P14	480	200	380
		30	AZCL-SP1/525-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-SP1/525-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-SP1/525-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-SP1/525-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-SP1/525-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-SP1/525-5-P14	480	200	380
單相分補 FP1	電抗率7% 材質鋁	30	AZCL-FP1/280-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質鋁	30	AZCL-FP1/280-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P14	480	200	380
補償方式	電抗器類型	容量 (kvar)	規格型號	外形尺寸(mm)
補償方式	電抗器類型	容量 (kvar)	規格型號	長度	寬度	高度
三相共補 SP1	電抗率7% 材質銅	40	AZCL-SP1/480-40-P7	480	200	380
		35	AZCL-SP1/480-35-P7	480	200	380
		30	AZCL-SP1/480-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-SP1/480-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-SP1/480-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-SP1/480-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-SP1/480-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-SP1/480-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質銅	40	AZCL-SP1/525-40-P14	480	200	380
		35	AZCL-SP1/525-35-P14	480	200	380
		30	AZCL-SP1/525-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-SP1/525-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-SP1/525-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-SP1/525-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-SP1/525-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-SP1/525-5-P14	480	200	380
單相分補 FP1	電抗率7% 材質銅	30	AZCL-FP1/280-30-P7	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P7	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P7	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P7	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P7	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P7	480	200	380
	電抗率14% 材質銅	30	AZCL-FP1/280-30-P14	480	200	380
		25	AZCL-FP1/280-25-P14	480	200	380
		20	AZCL-FP1/280-20-P14	480	200	380
		15	AZCL-FP1/280-15-P14	480	200	380
		10	AZCL-FP1/280-10-P14	480	200	380
		5	AZCL-FP1/280-5-P14	480	200	380

5.3產品實物展示

AZC系列智能電容模AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

6 結語

繼電保護系統是電力系統的重要保障，也是保證電力系統穩定且運行的有效手段。本文通過分析繼電保護系統中電力電容故障形成的內部原因及外部原因，有針對性地提出了相應的處理辦法，從電容器本身設計以及生產方面的缺陷入手，同時控制和處理電容器工作運行的外部環境問題。希望解決電力電容故障使電網繼電保護綜合自動化系統能夠更好地實現其可靠性，大大加強繼電保護的效能，此外，還要對電力電容器按時巡檢其運行狀況，定期檢查和維護繼電保護系統，以便及時處理發現的故障，以保證系統在*設備的情況下正常運行。

參考文獻

[1]李瑩雯,周云峰,電力電容故障分析及處理[J].科技交流,2010(11).

[2]衛民.繼電器保護系統中電力電容故障的控制及處理.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版.

作者簡介：劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電力電容產品的研發與應用。

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