一起10kV电容器缺相运行事例引起的思考

一起10kV电容器缺相运行事例引起的思考

摘要 变电站一般通过电容补偿对电网无功功率进行补偿，从而提高电网功率因数。功率因数的变化对系统的效率、稳定性及供电质量等多个方面产生影响。因而电容补偿对电力系统的正常运行非常重要，本文就一起10kV电容器缺相运行却不能被及时发现处理的事例进行了分析，并提出了一些改进的意见。

关键词 10kV电容器；缺相运行；保护；VQC

1 10kV电容器缺相运行现象分析

2010年8月，广东电网110kV沙边变电站曾发生一起10kV电容器缺相运行却不能被及时发现处理的事例。具体经过为：在运行人员对CT回路进行月度事故检查时发现10kV#1电容器的B相电流为零，对该电容间隔转为检修后检查发现电容器开关的B相合闸不到位，导致电容器缺B相运行。

10kV电容器缺相运行时为什么不能被及时发现，成为了问题的关键所在。如图1，对电容器缺相运行的电气量分析如下：

IA= -IC

UAO= IA* ZA

UCO= IC* ZC

ZA、ZC分别为电容器的A、C相容抗值，此处视为大小相等；UAO、UCO为电容器放电PT上的电压。

由图2可知，10kV母线电压可近似为不变，电容器的电压中性点发生了偏移，由原来的O’偏移到O点

可得UAO=-UCO

由以上分析可得，电容器缺B相运行时：

1）A相电流与C相电流大小相等，方向相反，B相电流为零，此时零序电流3IO= IA+ IB+ IC=0

2）虽然母线电压UA、UB、UC仍然为正序关系，各相相角差120°，但电容器放电PT各相上的电压则为：UAO=－UCO，UBO=0，此时电容器的不平衡电压3UO= UAO+ UBO+ UCO=0。

对于国内常用的10KV电容器保护，如南瑞继保的RCS-9631系列，北京四方的CSC-221A系列等，保护方面的主要功能一般为：（1）三段定时限过流保护；（2）过电压保护；（3）低电压保护；（4）不平衡电压保护（零序电压保护）；（5）不平衡电流保护；（6）电容器自动投切功能。对于过流保护，10KV电容器正常运行时的电流为：IA=UA/ ZA，而缺相运行时IA=（UA-UC）/2 ZA=（/2） UA/ ZA，即比正常运行时的电流还小，故过流保护不会动作。对于过、欠电压保护，由于10kV电容器缺相运行时，10kV母线电压不变，故过、欠电压保护不会动作。对于不平衡电压保护，由上面分析可得，放电PT上的不平衡电压（零序电压）为零，故不平衡电压保护不会动作。同样电容器自动投切功能只反应于10kV母线电压，所以也不会动作。由此可见，10kV电容器缺相运行时，电容器保护不会动作。异常告警信号方面，由于零序电压及零序电流都为零，装置不会有异常信号，故站内的运行值班机及远动主站均不会收到异常告警信号。

由于10kV电容器缺相运行时，电容器保护不会动作跳开电容器开关，也不会发异常告警信号，运行值班员和调度值班员无法及时知道10kV电容器的异常运行情况。而我们知道，变电站内普遍使用的VQC装置（或后台VQC软件）所使用的无功数据一般从A相的电流、电压采样所得，并不能反应各相别的实际无功状况。如上述事例，若10kV电容器缺B或C相运行时，变电站内的VQC装置由于采集到得无功不变而不会动作于投切电容器开关，使得B或C相的无功不足，若10kV电容器缺A相运行，VQC装置将由于采集到的无功变小而改变现有的策略，动作于投切电容器开关或调节变压器档位，使得A相的无功过剩。由此可见，无论是10kV电容器缺哪一相运行，系统的三相无功状况都难以达到要求。

2 10kV电容器缺相运行的影响

电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响，无功则是影响电压的一个重要因素。对确定规模的配电网络终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本。供电局对用户变电所的功率因数都有明确指标，并规定了相应的奖惩措施，这说明电容补偿对电力系统的正常运行是非常重要的。因此，10kV电容器缺相运行时，该电容器应立即退出运行，待缺相问题处理完后才能重新投入运行，此次事例的处理方式也正好印证了这一点。同时由于站内的无功补偿设备是有一定的冗余度的，一台电容器暂时退出运行不会影响变电站内的整体无功补偿情况。

由于国内的变电站配置的VQC装置、10kV（集中式）电容器、10kV电容器保护及其保护原理、遥测量采集规范大体一致，上述事例也突出了一个共性的问题：10kV电容器缺相运行时，电容器保护不能及时切除电容器开关，后台值班及调度集控也不能及时发现电容器的异常运行情况，对系统的效率、稳定性及

供电质量等多个方面都将产生影响。

3 改进方法

对于10kV电容器长期缺相运行的解决方案，可归纳为以下两点：

1）10kV电容器长期缺相运行的关键在于电容器保护不能及时动作，切除电容器开关。因此，在此建议国内现有的几大继电保护生产厂家，对于10kV电容器保护，动作逻辑里多增加一条缺相保护，反应与负序电流或三相不平衡电流，电容器缺相运行时动作切除电容器开关，并发出保护动作信号；

2）若电容器保护不能及时动作，电容器缺相运行时，调度集控人员应能及时收到信号，可通过远动设备设置遥测量越限告警的方法解决。变电站普遍使用的四遥量规范里明确规定，10kV电容器的三相电流遥测量均要求上送至调度，若对此三相电流量设置一个越限告警值，具体可为负序电流越限或三相不平衡电流越限，此时调度集控人员收到告警信号后便可通知变电运行部门进行及时处理。同理，此越限告警逻辑也可在电容保护里增加实现。

参考文献

[1]广东电网公司中山供电局变电站四遥量规范.

[2]电网电压无功综合控制中若干问题的探讨.电气技术论坛.

[3]苏钟华.变电站电压无功综合控制系统的设计要求.

[4]兰建国.电容补偿原理及常见问题分析.