110kV变电所中并联电容器组的保护测控装置配置方案

分散式保护测控装置集保护、测量、控制等功能于一体，体积小而经济。近年来在35kV及以下电压等级得到了广泛应用。本文探讨了110kV变电所中并联电容器组的保护测控装置配置方案。

1、并联电容器组的接线

并联电容器组通常根据电压和容量的要求由多台电容器串并联组成。国内高压并联电容器组主要采用单星形接线或双星形接线两种方式，中性点非直接接地电网中星形中性点均不接地。限制涌流和抑止谐波用的串联电抗器安装位置由技术经济综合比较确定。

江苏电网近年来为进一步满足电网电压调整的要求，有了半容量投切电容器组的需求，从而新出现了图1所示的组合接线。

图1（a）中两组半容量电容器共用一个断路器，运行时可以根据需要投入半容量或全容量。与以往工程的接线相比，该接线在实际应用中更适应变电所无供补偿容量，进一步满足了电网电压调整要求；与每组半容量电容器单独使用一个断路器的接线相比，该接线节省了投资和占地。

图1（a）接线的缺点是，变电所的电容器组无法做到运行中的半容量投切，必须在全部断开两组半容量后，通过每组电容器本身的隔离开关合分操作，才能进一步实现半容量投切。这样会短时出现母线电压的较大波动，若对无功补偿有苛刻要求的变电所而言难以接受。图1（c）接线投资较大，但运行方式上最具有灵活性，半容量电容器组本身设有断路器，适合就地或远方遥控操作，可以实现运行过程中的半容量投切。

图1（b）接线半容量电容器组仅设负荷开关，少数情况下也可以通过操作负荷开关实现运行中的投切，投资费用和占地均少于图1（c）接线，但可靠性劣于后者。负荷开关选择必须满足分合大容性电流的要求。

以上组合接线除适用于有半容量需求的变电所外，在变电所扩建工程中，尤其是低压侧缺少备用间隔的情况下，将两组电容器合用一个间隔也能起到效果，但有关设备参数需要核算。

2、并联电容器组的保护配置

电容器击穿乃至爆裂的事故时有发生，因而需要分析电容器的故障类型，进而配置合理的保护。

电力系统并联电容器组的故障可大致分为两类：一是电网异常运行工况对电容器组造成危害；二是电容器组的内部故障。针对上述故障需要配置相应的保护。电网异常工况的电容器保护配置主要有过电压保护、失压保护、引线短路保护、过负荷保护、单相接地故障保护等；并联电容器组内部故障保护配置主要有不平衡电压保护（单星形）、分相差压保护、中性点不平衡保护（双星形）。江苏电网中单星形接线方式的大量并联电容器组使用了分相差压保护，双星形接线方式的并联电容器组广泛应用了中性点不平衡电流保护。

3、分散式保护测控装置

2002年以来，江苏电网新建220kV变电所按无人值班设计，采用计算机监控系统实现控制、测量和远动等功能。《江苏省35~220kV变电所设计技术导则》中推荐变电所35/10kV侧保护和测控装置合一，因而集保护、控制、测量、遥信、以及与监控后台通信等功能于一体的分散式保护测控装置，开始在江苏电网35kV及以下电压等级广泛应用。分散式保护测控装置的另一优点是可就地安装于高压开关柜上，节省变电所屏位的同时，也节省了大量的控制电缆，从而减小了电流电压和跳闸回路的负载。

采用分散式保护测控合一装置给我们带来了经济性，但不能因此降低对这些装置的技术要求。相反，由于运行于与一次设备相邻的高压电磁环境，装置的电磁兼容抗干扰性能和耐压水平等必须提高到相当水平。保护和测控合一必须做到有机结合，不能仅侧重某方面而忽视了其它方面。保护功能与测量控制功能应相对独立，但通信功能和操作回路等可以一并考虑。例如保护装置与监控后台通信不畅的情况，以及监控装置保护功能不健全的情况，这在江苏电网少数变电所都出现过。

另外，分散式保护测控装置属于微电子产品，环境温度对其工作影响较大，安装于开关柜上宜使开关室温度控制在0~40℃范围，还应避免大幅度的温差变化（每小时不宜超过±5℃）。

对图1（a）（b）（c）中的三种新的组合接线方式，保护测控配置的原理方法与常规的单星形或双星形接线并联电容器组相同，不再赘述。但由于接线方式、设备数量及安装位置的不同，实际配置又有所差异。

对图1（a）（b）两种组合接线，无论反映电网异常工况的保护，还是反映分回路电容器内部故障的保护，均应动作于总回路断路器跳闸。反映过电压或欠电压的电压取自母线TV，反映过电流的保护或选线电流取自总回路，这与常规接线的处理基本相同。但是电容器内部故障的保护应按照两个分回路分别处理，类似于两组电容器的保护。

对两个分回路均采用不平衡电压或电流的接线而言，几个主要厂家的分散式保护测控装置模拟采集量满足要求，只要在软件中对程序略做修改即可实现分回路两组电容器的保护，因而仍可以仅配置一套装置安装于开关柜上。

但对两个分回路均采用分相差压的接线而言，所有厂家的分散式电容器保护测控装置均不能在一套装置中实现（采集量不满足要求），因而必须配置两套装置，均安装于高压开关柜上。接线和使用中必须注重，过电压、欠电压，以及引线短路等保护应当仅使用一套装置的功能，而内部故障保护则应当分别起用。

对图1（c）组合接线，宜配置三套保护测控装置，在总回路和分回路断路器均适合开断短路电流的情况下，分回路保护动作于跳分断路器，总回路保护动作于跳总回路断路器。当然，若分回路断路器不适合开断短路电流则必须动作于总回路断路器跳闸；若分回路串联电抗器设在中性点侧则短路保护也应动作于总回路断路器跳闸。该接线总回路保护可以不配置内部故障保护，其它总回路和分回路的各保护均应按要求完整配置。由于该接线方式下分回路通常也设有开关柜（如苏州金桥变），因而将每套保护测控装置安装于相应开关柜即可。

图1（a）（b）两种组合接线中，断路器操作回路仅需要设置一套，供保护跳闸和电容器投切用；图1（c）组合接线的操作回路应当按断路器分别设置。除图1（a）（b）两个分回路均采用分相差压接线的情况外，其它情况下操作回路的设置均与上述保护配置方案一致。对两个分回路均采用分相差压接线而配置了两套保护的非凡情况，由于仅有一台断路器，必须仅使用一套操作回路。建议采用过电压和短路保护投用的那套装置的操作回路，另一套装置的操作回路必须停用并拆除有关接线以免产生衍生回路。

对采用计算机监控的变电所来说，无论哪套分散式测控装置采集的模拟量和遥信量均能有效送至后台，因而要害是看总的模拟量和遥信量数量是否满足要求。图1（a）（b）接线的位置遥信量多于常规接线，图1（c）接线模拟量和遥信量均多于常规接线，但仅有（a）（b）接线中仅配一套保护测控装置的情况可能存在遥信量不足的问题，因为其它情况均有两套以上装置采集。对这种遥信量不足的情况，建议不必另外增配装置，可以把个别遥信量改到有关公用单元采集，在后台设置时注重将其归为本电容器单元即可。

新建变电所中运行电容器的投切一般通过远方遥控断路器实现。图1（b）的接线还存在通过负荷开关控制的情况。图1（a）接线运行电容器的投切与常规接线相同，由后台发遥控命令至分散式电容器保护测控装置通过操作回路实现。江苏变电所一般不考虑对负荷开关的遥控，为可靠起见，建议图1（b）接线运行电容器也宜通过总回路断路器投切，负荷开关仅供非凡情况使用。对图1（c）的接线，上述的保护测控配置方案虽然能够实现每台断路器分别遥控的功能，但实际使用时建议重点考虑一次设备因素。电容器“分”时可能引起重燃过电压，“合”时可能引起高频涌流，都会导致电容器和其它设备的绝缘损坏；真空断路器操作寿命稍长，而SF6断路器重燃概率低，因此应根据断路器的情况选择适合频繁操作的遥控对象，避免发生以往某工程出现的设备爆炸事故。

4、结束语

电力系统新需求和新技术的出现给我们工程带来了一些新的挑战和应用方式。文中介绍的并联电容器组的分散式保护测控应用技术今后将逐步成熟；提供的部分并联电容器组合接线以及保护测控配置方案在江苏电网某些变电所已开始采用。对这些接线和配置方案进行归纳和探讨，有助于今后实际工程选择合理的并联电容器接线方式及二次设备配置方案。