一种带内熔丝的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种带内熔丝的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法，方法包括：获取支路的不平衡电流相对于电容器组穿越电流的相对不平衡电流差值根据电容器组的电容量的最大允许偏差δC、电容元件允许的正常过电压增量相对于额定电压的倍数knorm、电容元件允许的极限过电压增量相对于额定电压的倍数ke，计算并设置第一整定值：当检测到T≥S1，则保护装置控制所述电容器组的跳闸。

【技术实现步骤摘要】
一种H型接线电容器组的不平衡电流保护方法及系统
本专利技术涉及电工领域的电气设备故障检测相关
，特别是一种H型接线电容器组的不平衡电流保护方法及系统。
技术介绍
高压电容器组常用于直流输电的交、直流滤波器和并联无功补偿装置等。用于交、直流滤波器的高压电容器组常接成图2所示的H型接线。图2的H型电路的高压电容器组一般按照上两个桥臂的电容量C1和C2相等、下两个桥臂的电容量C3和C4相等进行配置，这样桥中间的连接线属于等电位连接。在此连接线上安装有一只电流互感器TA-D，正常条件下TA-D检测到的电流一旦某桥臂的某电容器单元出现故障，将导致TA-D检测到的电流不等于0。通过这种检测手段，可以发现H型接线的高压电容器组电容器单元或者元件的故障，并在满足一定的条件下跳闸隔离电容器组。为了消除电压波动带来的不平衡电流的波动，H型电路常用差流与电容器组的穿越电流之比作为保护的判据。H型电路的电容器组的不平衡保护的缺陷：如对称位置交替出现元件故障，比如C1和C2内部交替出现元件故障，或者C1和C3内部交替出现元件故障，实际检测到的不平衡电流动作量将非常小，不能启动跳闸。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术对H型电路存在不能启动跳闸保护情况的技术问题，提供一种H型接线电容器组的不平衡电流保护方法及系统。为了消除现有电容器组不平衡保护的缺陷,首先要对H型接线的电容器故障行为及保护整定原则进行深入的分析。首先是确定电容器不平衡保护的整定原则。不平衡保护的整定原则H型接线的电容器结构见图2。设各支路(臂)有N只电容器单元串联，电容器组共计有4N只电容器单元。如单只电容器单元的电容量为Cu，则各分支的电容量C1＝C2＝C3＝C4＝Cu/N＝C，电容器组的电容量：正常情况下，电流互感器TA-D上没有电流。但是在故障情况下,电流互感器TA-D将出现不平衡电流不平衡电流保护主要通过检测不平衡电流与电容器组穿越电流的比值(式(2))来判断电容器组是否出现故障，以及故障的程度。该判别式的优点是判据本身不受系统电压波动的影响，其结果仅反映故障时刻电容器组的平衡状态。H型接线电容器组的不平衡保护的缺陷：对称支路上交替出现元件故障，如支路C1和C2出现元件故障，或者支路C1和C3交替出现元件故障，即便是故障元件数量达到了上述跳闸要求，实际的判别式(2)中的仍非常小，不能启动跳闸。为此，需要通过检测不平衡电流的突变量来判断和累计元件故障数量，辅助决策并启动跳闸信号。H型电容器组的不平衡保护整定的原则如下：(1)滤波器组允许的失谐度在滤波器失谐的条件下，滤波器应该退出运行。滤波器失谐后，将可能导致滤波器组与系统之间产生并联谐振，危及系统安全。单调谐滤波器的失谐度计算公式及允许值为假设系统频率偏差δf＝0，且滤波器的电感量偏差δL＝0，为了使滤波器的失谐度δF≤1％，高压电容器组的电容量偏差应该满足δC≤2％。对于多调谐滤波器组，建议在交接试验中测量高压电容器组相对其额定电容值C偏差ΔC条件下的滤波器失谐度。具体做法：首先对滤波器组精确调谐，并测量滤波器组的各调谐频率和各调谐电路的RLC参数。然后再人为将某只电容器单元短路，重新测量滤波器组的各调谐频率和电容器组的电容量。根据两次测量结果，计算各调谐频率下的失谐度δF和相应的电容量偏差δC，并由此推算滤波器各调谐频率失谐度不超过±1％的条件下，所允许的高、低压电容电容器组的电容量偏差值。在滤波器失谐度不超过±1％的限制条件下，多调谐滤波器各高、低压电容器组的电容量偏差应该略大于2％。或者通过计算得出允许的电容量偏差δC。(2)完好电容器单元的端电压不超过1.05倍额定值，故障组件中余下完好元件的端电压不超过1.15倍额定值在电容器单元内部某元件故障后，应该使故障组件中余下完好元件不至于因为过电压而被击穿。高压滤波电容器组是多只电容器单元串联，如果故障电容器单元的电容量增大，则其容抗变小，将使余下完好电容器单元两端的电压升高；如果故障电容器单元的电容量变小，则其容抗变大，将使余下完好电容器单元两端的电压下降。表1是运行中电容器所允许的工频过电压水平。按照DL/T840-2003标准，电容器允许长期运行的最高电压是其额定电压UN的1.05倍。GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》中，允许35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10％。但从系统稳定，降低损耗的角度出发，实际系统的运行电压基本在0～10％的偏差范围内，而系统电压+10％的偏差常出现在凌晨低负荷时分。因此，表1中的1.10倍过电压是指电容器组没有内部故障的情况下，满足系统运行电压偏差的基本要求。表1电容器运行中允许的工频过电压水平从运行安全考虑，部分电容器单元故障后，余下完好单元的端电压不应该超过1.05倍的额定电压。带内熔丝的电容器单元在某只电容元件故障之后，由于故障组件的电容量升高，同组件中余下完好元件两端的电压将升高，进而导致同一组件的元件继续损坏，但是要防止这种损坏过程中出现“雪崩效应”。另一方面，电容器单元内部出现少量元件故障后，即是更换退出运行，也不可能将其修复。只要某电容器单元故障后不影响完好电容器单元的安全，或者不影响滤波器的滤波功能，就应该尽可能地利用其剩余价值。从这一点出发，故障段中剩余完好元件的端电压在达到或超过1.15倍后，立即告警并在30min内跳闸是比较合适的。但是如果将故障组件的端电压允许值设置在1.2倍，则应该立即跳闸。下面将按照基本电路理论给出电容器单元或者电容元件故障后电容器组的电容量C及其相对偏差ΔC/C，故障组件中完好元件之端电压相对额定电压的增量以及故障支路剩余完整电容组件的端电压相对于额定电压的增量条件下。根据前述2项不平衡电流保护整定原则，推算不同故障方式下，不平衡电流保护整定计算公式及其整定值。整个分析过程中假定电容器组两端的电压在故障前后不变。内熔丝电容器单元在正常条件下的额定电压用于滤波的内熔丝型电容器单元内部结构如图3。单元内部为p×s只元件(element)组成，先由p只元件并联组成组件，然后s个组件串联。当组件中某只元件短路后，同一组件中其它完好元件将通过故障元件放电，将故障元件的熔丝熔断。如图4所示，当同一组件的元件故障到一定数量m之后，剩余元件储存的能量不足以熔断最后故障元件的熔丝，将导致该组件短路。因此，将内熔丝型电容器组正常条件下各单元上的电压作为额定电压，则电容器单元上的额定电压对于电容元件的端电压，则有是电容器组两端的额定电压。部分电容器单元短路后的不平衡电流及过电压计算首先分析内熔丝型电容器单元出现部分组件短路后的行为。支路i的电容器臂有d个组件短路之后，该支路余下完整sN-d串组件组成的总电容量将增大至：(1)C1支路部分组件短路此条件下其余各支路的电容量正常，但C1支路电容量变为C1,F＝Ci,F(7)电容器组的总电容量为而滤波器失谐度所允许的电容量相对变化为因此，该条件下允许短路的组件数d是：此时故障支路C1中完好组件的电压将增加：该完好组件上电压的相对增量应满足因此,该条件下允许的短路组件数为:按照保护整定原则，选择最小并联组件数。因此，H接线的电容器组在发生不对称组件短路的条件下，故障支路完好组件的端电压或者电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带内熔丝的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法，所述电容器组包括四条支路，每条所述支路包括N只电容器单元串联构成，每只所述电容器单元内部包括s个组件串联，所述组件包括p只并联的电容元件，其中，N为大于或等于1的自然数，p为大于1的自然数，s为大于1的自然数，其特征在于，所述故障检测方法包括：获取支路的不平衡电流相对于电容器组穿越电流的相对不平衡电流差值T=I.ΔHI.H;]]>根据电容器组的电容量的最大允许偏差δC、电容元件允许的正常过电压增量相对于额定电压的倍数knorm，计算并设置第一整定值：S1=min(δC1+δC,knorm3+knorm,knorm1-knorm);]]>当检测到T≥S1，则保护装置控制所述电容器组跳闸。

【技术特征摘要】
1.一种带内熔丝的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法，所述电容器组包括四条支路，每条所述支路包括N只串联的电容器单元，每只所述电容器单元内部包括s个串联组件，所述组件包括p只并联的电容元件，其中，N为大于或等于1的自然数，p为大于1的自然数，s为大于1的自然数，其特征在于，所述的不平衡电流保护方法包括：获取支路的不平衡电流相对于电容器组穿越电流的相对不平衡电流差值根据电容器组的电容量的最大允许偏差δC、电容元件允许的正常过电压增量相对于额定电压的倍数knorm，计算并设置第一整定值：当检测到T≥S1，则保护装置控制所述电容器组跳闸。2.根据权利要求1所述的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法，其特征在于，还包括：根据所述电容器组的电容量的最大允许偏差δC、电容元件允许的正常过电压增量相对于额定电压的倍数knorm、各支路串联电容器单元数量N、电容器单元内部的串联组件数s，计算第二整定值S2：获取所述相对不平衡电流差值T在t-1时刻到t时刻的突变量如果所述ΔT满足k＝0.85～0.95，则计算串联组件短路的累计数量：D(t)＝D(t-1)+int{ΔT×[4sN-2]+0.5}，其中int是取整数计算；D(t)的初始值D(0)＝0；当D(t)的累计值D(t)≥S2时，经过预设的延时时间之后，保护装置启动所述电容器组跳闸。3.根据权利要求1所述的H型接线电容器组的不平衡电流保护方法，其特征在于，还包括：根据所述电容器组的电容量的最大允许偏差δC、电容元件允许的极限过电压增量相对于额定电压的额倍数ke、各支路串联电容器单元数量N、电容器单元内部的串联组件数s、组件内部的电容元件并联数p，计算第三整定值S3：获取所述相对不平衡电流差值T在t-1时刻到t时刻的突变量如果所述ΔT满足k＝0.85～0.95，则计算电容元件开路的累计数：E(t)＝E(t-1)+int{ΔT×[4(p-1)sN+2]+0.5}，其中int是取整数计算，E(t)的初始值E(0)＝0；当E(t)的累计值E(t)≥S3时，经过预设的延时时间之后，保护装置启动所述电容器组跳闸。4.一种带内熔丝的H型接线电容器组的不平衡电流保护系统，所述电容器组包括四条支路，每条所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖遥，夏谷林，楚金伟，张晋寅，黎建平，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，
类型：发明
国别省市：广东;44