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浅谈电力电容器在继电保护系统中的故障控制处理与选型

安科瑞电气股份有限公司 发布时间:2021/1/29 15:04:06

陈沁雨
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
 
【摘要】电容器的好坏对电能的质量与效益起着至关重要的作用"然而有多种原因导致电容器在其运行过程中发生故障$本文结合电力电容器在继电保护系统中的作用"针对导致电力电容器发生故障的内部原因及外部原因"对继电保护系统中电力电容故障进行分析"并提出了相应的处理办法。
【关键词】继电保护;电力电容;故障原因;处理办法
 
0 引言
       由于全国用电规模不断加大,电网的管理及控制的复杂程度不断加深,所以在电力系统中引入了自动化的计算机系统。同时,在处理该计算机系统的故障信息时,电力系统进步引入了继电保护系统,用以帮助电网运行的调度管理故障信息,从而提高电网运行的性以及应对突发事件的灵敏性。然而,继电保护系统的可靠性也会因为种种原因而受到影响,例如在处理系统内无功补偿"消除谐波等问题时,就需要电力电容器发挥作用,但是在实际操作过程中,电力电容器的故障很大程度影响了继电保护系统的性能。
 
1 电力电容器有利于实现继电保护系统的可靠性
       众所周知,可靠性是指系统中的各个设备"元件能够在预定时间内或者所需条件下顺利完成规定指示的基本能力。而继电保护系统的可靠性则是指,如果电力系统产生故障,继电保护装置会在规定的范围内不拒动作;同时,如果该故障的解决要求继电保护装置不应动作,那么装置也不能出现错误的动作。可见,继电保护装置的灵敏性是指保证其不拒动"不误动,否则会降低整个电力系统的性能。电力电容器则是有利于实现继电保护系统的可靠性,其具体作用如下:
1.1 补偿无功功率
       电力系统中有很多网络元件,其中大多数网络元件消耗着大量无功功率,尤其是电感元件。电感元件是种储能元件,其原始模型为导线绕成圆柱线圈(图。)。此外,在电机"变压器等负载元件的运行过程中,也需要消耗大量无功功率。负载元件可以将电能转换成其它形式的能,连接在电路中的电源两端,如果在电路中没有负载而直接连接电源的两,则会出现短路。电容也是负载元件的种,不过电容是不消耗功率的元件,并且在电力系统中改变无功功率的流动,从而使电压升高,在感性元件消耗功率的同时对无功功率进行补偿。
1.2 滤除各次谐波
       电容器的很大个功能是在高压直流输电系统中过滤高次谐波,谐波会引起继电保护和自动装置的拒动作和误动作,并且在交流<直流<交流的过程中会产生各次谐波电流,这就需要装设交直流滤波电容器。电容器可以对无功功率进行补偿,而无功补偿也是常用的治理谐波的方法。可见,电容器的好坏很大程度决定着电能的质量与利用效率,从而保证继电保护的效益。
 
图1电感元件
 
2 电力电容故障形成的原因
2.1 导致电力电容故障的内部原因
       电容器本身在设计工艺方面存在问题,这也很大程度为继电保护系统的运行带来负面影响,例如:
       (1)电容器中的元件芯子没有完全浸渍,这种现象会使电容器在运行过程中故障频出。
       (2)为了降低成本和保证较高的经济效益,生产厂家设计了场强过高的电容器,而场强过高是损坏电容器的重要原因之。
       (3)电容器在设计上存在隐患,当电容器内部元件产生故障电流时,其中的熔丝不能及时熔断,导致电容器内部的温度急剧升高,如果加之没有有效的继电保护措施,电容器很容易胀裂甚至爆炸。
2.2导致电力电容故障的外部原因
       (1)电流过大。电容器有助于滤除各次谐波,尤其对高次谐波比较敏感,所以可能会在某频率下产生谐振,形成电流过大的谐波。在电容器与谐波源负荷连接时,如果此时系统的感抗与电容器的容抗在某频率下刚好大小相等且方向相反,那么在发生并联谐振时,电流过大的谐波会造成电容器过电流。
       (2)温度过高。电容器的工作环境需要适宜的温度,无论是内部温度还是外部温度都不能过高。方面,电容器所需的内部温度应保持在低于65℃的水平上,高不得高于70℃,电流过高的谐波在造成电容器过电流的同时,也会使电容器过热,容易产生热击穿的现象,或者出现鼓肚,从而影响电容器的性能甚至损坏电容器。另方面,就电容器的外部温度而言,电容器周围环境的温度偏高会导致电容工作时无法散热,但是如果温度偏低也会导致电容器内的油冻结,容易产生电击穿的现象。
       (3)电压过高。过电压会对电容器产生较大危害,电容器对电压十分敏感,电容器的使用寿命与过电压的幅值"过电压的时间以及过电压的次数密切相关,并且电容器的损耗与电压的平方成正比。过电压时间长会导致电容发热,加速电容器绝缘损伤,也会出现电击穿,加之有的电容器组没有采取过电压的保护措施,操作时存在很大的隐患,甚至引起爆炸。

3 针对电力电容故障的内部原因采取的处理办法
       通过分析继电保护系统中电力电容故障的形成原因得知,电容器的故障是可控的,并且应当采取相应措施保证电容器的稳定运行,使电容器在继电保护系统中发挥应有的作用,终为用户提供经济的电能。
3.1 保证元件芯子完全浸渍
       (1)适当延长真空浸渍时间并施加定油压。
       (2)将真空浸渍改为卧放浸渍方式,在电容器卧放的状态下便于内部的液体介质浸渍到元件中去,从而确保完全浸渍。
3.2 降低场强
       (1)电容器的外壳厚度。电容器在出厂设计时的场强过高,这导致电容器容易出现故障,所以电容器的外壳厚度是降低场强的方法,同时要考虑满足电容器的安装尺寸,保证在卧放的状态下电容器也能正常运行。
       (2)采取三层粗化膜结构,这可以降低电弱点的重合率,并且采取铝箔折边和突出结构,可以改善板边缘的电场分布情况,均有利于降低场强。
3.3配备单台熔丝或者优化熔丝特性
       (1)如果电容器内部元件产生故障电流,而其中的熔丝又不能及时熔断,那么电容器很容易胀裂甚至爆炸,采用单台熔丝是防止油箱爆炸的有效措施。
       (2)熔丝的安特性太差会导致电力电容故障,试验表明?熔断器可以在$/+.:将电容器的故障电流开断,所以需要进步改善熔断器的质量,改进熔断器的安装方法,并且加强熔断器的运行和维护。

4 针对电力电容故障的外部原因采取的处理办法
4.1 限制谐波电流
       谐波过电流会导致电容器出现故障,针对电网的谐波超标引起过电流或是电容器投入时的佩流过大等情况,可以采用金属氧化物避雷器保护?防止电容器内部元件的电击穿或热击穿。其次,考虑到谐波的存在,规定电容器的工作电流不得超过额定电流的1/+倍,必要时,可以将电抗器与电容器串联,错开谐振点,串联电抗器的电抗值应大于电容器的容抗值。
4.2 保持电容器周围及内部有适宜的温度
       (1)电容器工作的环境温度应控制在40℃之内,并且在电容器附近不要放置某种热源,如果电容器的工作环境温度超过了40℃,则应当做到及时的通风降温,或者及时切除电容器。
       (2)保持电容器外壳的温度不要超过60℃,可以采用熔点为50℃-60℃的试温蜡片,检测电容器外壳的温度,或者在电容器外壳上粘贴桐油石灰温度计的探头,如果温度过高也应当及时切除电容器。
4.3 防止过电压带来的电容器绝缘损伤以及击穿现象
       电容器对电压十分敏感,电容器本身的额定电压般应高于电网电压,所以通常规定电容器不得在超过额定电压10%的情况下长期使用,这也是为了延长电容器的使用寿命。为防止过电压,在停电或轻载时,需要把电容器暂时退出运行,或者采用减压运行的方式。另外,电容器在运行的过程中,应时刻检查放电装置和熔丝,确保放电装置和熔丝是完整良好的,并且在大容量的电容器上好安装失压保护装置。

5安科瑞AZC/AZCL智能集成式电容器介绍
5.1产品概述
       AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新代无功补偿设备。它由智能测控单元,晶闸管复合开关电路,线路保护单元,两台共补或台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小,功耗更低,维护方便,使用寿命长,可靠性高的特点,适应现代电网对无功补偿的更高要求。
       AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器,可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路,自动寻找投入(切除)点,实现过零投切,具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
5.2产品选型
AZC系列智能电容器选型:
 
AZCL系列智能电容器选型:
 
5.3产品实物展示
 
AZC系列智能电容模AZCL系列智能电容模块
 
安科瑞无功补偿装置智能电容方案
 

6 结语
        继电保护系统是电力系统的重要保障,也是保证电力系统稳定且运行的有效手段。本文通过分析继电保护系统中电力电容故障形成的内部原因及外部原因,有针对性地提出了相应的处理办法,从电容器本身设计以及生产方面的缺陷入手,同时控制和处理电容器工作运行的外部环境问题。希望解决电力电容故障使电网继电保护综合自动化系统能够更好地实现其可靠性,大大加强继电保护的效能,此外,还要对电力电容器按时巡检其运行状况,定期检查和维护继电保护系统,以便及时处理发现的故障,以保证系统在无故障设备的情况下正常运行。
 
参考文献
[1]李莹雯,周云峰,电力电容故障分析及处理[J].科技交流,2010(11).
[2]卫民.继电器保护系统中电力电容故障的控制及处理.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6版.
 
作者简介:陈沁雨,女,安科瑞电气股份有限公司,主要研究方向为智能电力电容产品的研发与应用。邮箱: 3008034352@qq.com;手机:18702112873(同微信);QQ:3008034352。

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