变电站10kV高压并联电容器熔断器频繁熔断的分析

孟 行

（国网天津市电力公司宁河供电分公司）

0 引言

在熔断器应用环节，电容器具有保护作用，可对电容器组实施过流保护，及时切除发生故障的电容器，维护无故障装置的稳定运行，防止故障问题被扩大。变电站10kVⅠ段电容器组熔断器熔断，要求电力人员及时对电容器组进行检修，及时发现熔断器熔断故障问题原因，再经过绝缘与特性试验后更换熔断器，保障高压并联电容器的稳定运行。

1 熔断器故障处理与原因分析

1.1 故障处理

为了更好地降低电网运行期间的有功损耗，保持电网稳定运行，有必要根据电网实际情况提升10kV电力系统电压质量，科学配置高压并联电容器，以此用来补偿无功功率。以某变电站实际情况来看，10kV母线对于接线方式的选择，一般会采取单母线分段的形式，平均每段安装600kvar电容器组，各组容量分别为200kvar和400kvar，按照系统运行的无功功率需求进行调节控制。短期内变电站中出现了三次熔断器的熔断故障问题。

故障发生之后电容器被退出运行，期间没有任何异常情况，对三相电容值进行平衡测量，得知绝缘试验已经合格，排除电容器自身故障问题，及时更换熔断器，随后设备正常投入运行［1］。

1.2 原因分析

1.2.1 接线方式不合理

并联电容器成套装置主要包含电容器与配套设备，在控制器的作用下完成自动投切与装置保护，在电容器的外部安装熔断器，使其同电容器进行串联。面对电容器故障问题时，熔断器可以用来切除电容器。选择星型接线方式，将电抗器的电抗率设为5%，将电容器和熔断器实施串联，并将其与放电线圈并联，发现直接并联的接线方式可以保障放电回路的完整，维护设备与人员安全。但电容器配置了型号为FDG9-1.7型半封闭放电线圈，其中的放电容量可以达到1700kvar，这种放电电流虽然无法直接导致熔断器熔断事故，但接线方式也存在安全隐患，需加以改进。

1.2.2 熔断器额定电流选择不合理

变电所中选用框架式成套电容装置，利用喷逐式熔断器进行并联电容器组的保护。熔断器的尾线弹出装置属于熔丝绷紧弹簧，工作期间弹簧会时刻保持紧绷，当发生过流熔断问题时，装置中的弹簧将会释放能量，残留尾线会从消弧管内被拉出，联合内外消弧管的气体在电流过零情况下导致电路熄灭。出现这一故障的原因主要与熔断器额定电流的选择不合理有关。

应为熔断器选择合理的额定电流，使其与电容器的电流相互协调配合。电容器需要在1.3倍的额定电流下长时间工作，电容允许偏差值处于-5% ～10%范围内。正常情况下，为保障电容器可以在10kV电压等级下输出标准容量，应根据电网电压的变化情况与电容器电压运行过载系数的1.1倍关系，当电容器工作电流为1.43倍熔断器额定电流时，加强对熔断器与电容器电流的控制，使二者之间的额定电流比不小于1.43，但变电站的电容器组因过流保护而产生熔断现象时，这一比值仅为1.35左右，数值较小，因此系统波动会导致熔断故障问题［2］。

1.2.3 高次谐波持续时间过长

变电站10kV电力系统在运行期间带有较多非线性设备电机，如果电力系统中电机出现了十分频繁的启停，将会引发严重的谐波问题，这部分谐波电流一旦进入电容器将会导致回路中电流在短时间内出现激增，此时电容器就会过负荷。如果产生高次谐波的时间持续很长，将有可能发生熔断器熔断的现象，经过改造后，变电站电机功率加大，整个10kV电力系统的负荷也会增大，谐波增大后一旦未采取合理的解决措施，将会导致更多熔断器发生熔断。

2 应对措施

2.1 合理选择熔断器，加强继电保护

选择外熔断器联合继电保护的方法，将熔断器作为电容器引线短路，谨防绝缘故障，在10kV电容器安装BRW-10熔断器，下表为熔断器的配置情况。

表熔断器配置情况

严格依据电网继电保护运行的相应技术规程，科学计算保护整定值，关于过电压保护整定值的计算公式具体如下：

式中，Kv指的是过电压因数，取值为1；XL和XC分别为串联分路电抗器感抗与电容器组容抗；Usen指的是电容器额定相间电压。在电路中安装单台熔断器，采用星型接线方式，从电容器开口三角电压角度出发，计算其中的电压保护整定值，相应公式如下：

式中，M和N分别为每相电容器数量和串联段数；K指的是由于故障切除的并联段中的电容器数量；UNX指并联电容器组内的额定相电压。随后，根据上述参数情况对延时速度保护整定值进行计算，查看控制器的相关使用说明，应及时采取延时速断保护措施，依靠2倍电容器额定电流完成整定工作，为防止实际计算结果和控制器的设置值之间差距过大，还应做好控制器保护定值的科学管理。放电线圈和电容器之间采取直接并联的接线方式，时刻保持放电回路的畅通，做好电流不平衡的防护，比如将保护延时设置为1s，防止保护误动的情况出现。采用电容专用熔断器，将熔体与电容器之间的额定电流比限制在1.5～2.0范围内，根据实际情况选择普通熔断器，及时检测谐波含量，不断排除谐波放电造成的故障问题，防止熔断器的频繁熔断，保障熔断器使用安全。

2.2 正确选择熔断器额定电流

根据变电站的实际情况来看，以10kV配电网的运行为案例，电网运行期间应用的电容器选择采用单相并联的连接方式，将电网中的电容器接成Y型，对每台电容器进行额定电流计算，相应计算公式如下：

熔断器与电容器的额定电流比值应大于1.43。综合分析变电站熔断器的熔断事故，建议将熔断器和电容器之间的额定电流比值控制在1.7～1.8，再根据实际生产情况，将熔断器的额定电流控制为8.5～10A。

2.3 加装限制合闸涌流与高次谐波电抗器

在电容器组的前端位置增加电抗器，使其和电容器保持串联的形式。合理抑制母线电压发生畸变，降低谐波电流的同时，对合闸涌流与操作过电压起到限制性作用，防止电容器面对高次谐波时的过度放大。加装电抗器时，应充分考虑到串联电抗器电抗率、额定容量等参数情况，保障参数选择合理，实现对进入电容器合闸涌流与高次谐波的限制，防止熔断器出现熔断故障问题。电抗器的接线情况如图1所示。

图1 并联电容器串联电抗器接线示意图

选择电抗器的电抗率K（电抗器相感抗XL占据电容器相容抗XC的百分比）时，计算公式为：K ＝XL／XC，当系统内的谐波比较少时，可限制合闸涌流，将K控制在0.5% ～1%即可。由于电机功率经过变电站改造后增加，使10kV系统负荷增大，谐波也会提高，所以建议将电抗率K选择为4.5% ～6%。并联电容器组经过过电流冲击后，建议提升电抗率K，以此减少分流到支路的谐波电流，所以变电站中10kV并联电容器组在串联电抗器时将电抗率设置为6%。

选择电抗器容量时，10kV系统中用到了9只单相并联电抗器，按照Y型来联结，电抗器串联电容器组之后的单相等值回路图如图2所示。其中，XC指的是电容器组的单相容抗；QC指的是电容器单相容量；IC为流过电容器的额定相电流；UC为电容器的额定电压；XL指的是串联电抗器的单相感抗；QL、IL以及UL分别为电抗器单相容量、额定相电流以及额定电压。

图2 电容器串联电抗器后的单相等值回路示意图

根据上文所述，可知K ＝XL／XC＝6%。串联电抗器的单相容量为电容器组的单相容量与电抗率相乘，变电所中10kV高压系统采用三相电容器组，共计9只30kvar电容器，经过并联后再串联电抗器，其单相容量计算公式如下：

经过研究得到单相容量计算结果，由于本系统中采用了三相电容器组，所以总容量就是16.2×3＝48.6kvar［3］。

3 结束语

综上所述，对于变电站中10kV高压并联电容器组的熔断器熔断故障问题，应针对熔断器的实际情况采取故障防范措施，目前已经获得良好的故障解决效果。科学分析造成熔断器故障问题的原因，从接线方式、熔断器额定电流等方面入手，科学选择熔断器，加强对设备的继电保护，安装高次谐波电抗器，从而维护10kV高压电网与电力系统的运行稳定与安全。