10kV电容器保护原理及检验要点
在电力系统中，电容器主要用于调节系统的无功功率和电压，提高功率因数，降低电能损耗，用以提高母线电压的质量，达到系统稳定运行的目的，而电容器保护肩负着对电容器本体及其电缆接线的保护。
Part.01
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并联电容器组
并联电容器组就是最常见的无功补偿设备，如图1所示，电容器组由许多单台电容器串、并联组成，并接于变电站主变低压侧母线上，具有简单经济、方便灵活的优点。目前国内外电力系统中90%的无功补偿设备是并联电容器组。
图1 电容器组连接
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并联电容器组的接线方式
目前常见的的并联电容器组接线方式主要有单星形、双星形两种，在中性点非直接接地的电网中，星形接线电容器组的中性点不应接地，如图2所示。
图2 并联电容器组接线方式
星形接线方式下，电容器组的额定电压应按电网的相电压进行选择，并联电容器组的每相或每个桥臂，由多台电容器串并联组合连接时，宜采用先并联后串联的连接方式，每个串联段的电容器并联总容量不应超过3900kvar。
Part.02
并联电容器组在运行中常见的故障和不正常运行情况主要包括：
（1）电容器组与断路器之间连线及电容器组内部连线的相间短路和接地短路；
（2）电容器内部极间故障或多台电容器故障；
（3）电容器组过负荷运行；
（4）母线电压过高；
（5）电容器失压。
Part.03
针对电容器组可能出现的短路故障及异常运行情况，一般为电容器组配置专用微机保护，当发生上述故障及异常运行情况时能够及时将电容器组切除，或发出相应告警信号。低压并联电容器保护功能一般包括分段式过电流保护、过电压保护、不平衡保护、低电压保护等。
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分段式过电流保护
反映故障类型：反映断路器和电容器组之间的连接线短路；反映电容器组内部连线上的相间短路故障；反映电容器内部极间短路及过负荷
当电容器组出现上述故障时，电容器将出现过电流，因此配置分段带时限的过电流保护。当电容器组出现过电流时，电容器保护根据电流的大小，经不同时限跳开电容器开关将其切除。过电流保护一般是两段式或三段式，当为两段式时，第Ⅱ段兼作过负荷保护，通常为定时限特性。当为三段式时，第Ⅱ段为定时限特性，第Ⅲ段可设为定时限特性，也可设为反时限特性。
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不平衡保护
反映故障类型：反映一组电容器中健全部分与故障部分之间的差异（电流或电压）。
当电容器内部绝缘损坏发生极间短路时，配置有专用的熔断器进行保护。一般每台电容器配置一个专用熔断器，当多台电容器内部故障并由熔断器熔断切除后，继续运行的电容器将继续承受母线电压，单个电容器承受电压可能超过其额定电压。当部分电容器发生故障被切除时，电容器组的电压、电流将出现不平衡分量，电容器保护配置了不平衡保护功能，当监测到对应不平衡电压、电流超过允许值时经延时将电容器组整体切除。
目前常用的电容器不平衡保护原理主要有：零序电压保护、电压差动保护、中性线不平衡电流保护。对于电容器组采用接线方式的不同，所使用的保护原理也有所不同：
电容器组为单星型接线时常采用零序电压保护
零序电压保护的接线如图3所示。当电容器组内部熔断器熔断导致部分电容器退出运行时，电容器组三相负载不平衡，三相端电压也将不平衡从而出现零序电压，该零序电压可通过电压互感器开口三角绕组体现出来，当开口三角绕组电压超过定值时，电容器保护经延时出口跳闸，将电容器组整体切除。
图3 电容器零序电压保护示意图
电容器组为单星型接线且每相由两组电容器组串联组成时常采用电压差动保护
电压差动保护接线如图4所示。正常运行时，电容器组两串联段上电压应相等，电压差为0，当某相电容器组内部熔断器熔断导致部分电容器退出运行时，两段电容器分配电压便出现偏差，该相出现差压，差压大小超过定值时，电容器保护经延时出口跳闸，将电容器组整体切除。
图4 电容器电压差动保护接线示意图
电容器组为双星型接线时常采用中性线不平衡电流保护
中性线不平衡电流保护接线如图5所示，中性线为两组星型连接的电容器组中性点之间的连线，正常运行时，两组星型连接的电容器组之间等电位，无电流流过，当任一组电容器组内部熔断器熔断导致部分电容器退出运行时，中性点之间出现电位差，中性线将有电流流过，当中性线电流超过定值时，电容器保护经延时出口跳闸，将电容器组整体切除。
图5 电容器组中性线不平衡电流保护示意图
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电容器组过电压及低电压保护
过电压保护
当电容器组的供电电压过高时，电容器组可能无法承受导致损坏。通常电容器组只能允许在1.1倍额定电压下长期运行，当供电母线稳态电压升高时，需配置过电压保护，带一定时限发信号或跳闸。
低电压保护
当电容器组供电电压消失时，电容器组失去电源开始放电，其两端残余电压将会逐渐降低下降。若残余电压未放电到0.1倍额定电压就恢复供电电压，电源电压将与残余电压叠加，使其承受高于1.1倍额定电压的合闸过电压，导致电容器组的损坏，因此通常配置低电压保护，当电源电压消失或降低到一定程度时，经延时将电容器组先行切除，防止电源电压恢复时造成损坏。
电容器组低电压保护逻辑如图6所示。为防止PT二次回路断线或电压空开跳开导致低电压保护误动，除了以供电电压大小作为动作判据，低电压保护还需经电流闭锁，同时引入开关位置作为辅助判据，只有三相电压同时下降到定值以下，且没有负荷电流，同时开关在合位，低电压保护才会经延时动作出口。
图6 电容器组低电压保护逻辑图
Part.04
按照规程对电容器保护装置开展定期检修工作，有助于降低电容器保护故障的概率，避免装置误动或拒动，从而保障电网安全、可靠运行，减少事故发生。如图7所示，检修作业时，可模拟各种正常及故障量输入保护装置，以检验其动作情况是否正确可靠。
图7 定检工作原理一览图
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作业对象
（1）电容器开关柜上保护装置和二次回路
（2）电容器组本体二次回路
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检验要点
（1）一次设备状态满足要求。电容器开关转冷备用，电容器组本体转检修。
（2）二次安全措施隔离到位。断开母线电压空开，并把母线PT、不平衡电压试验端子连片打开，并用红色绝缘胶布将电缆侧端子封好，防止实验过程中误接线，将二次试验电压误加至运行中的PT回路或向一次设备反充电，同时也避免检修过程中误碰运行PT二次回路，导致PT二次回路短路。
（3）二次回路绝缘测试合格。现场应重点测试CT交流回路对地绝缘、直阻合格与否，并检查其一点接地是否存在异常，在测试控制、遥信等直流回路对地绝缘前，应先断开源头直流空开，防止带电测试。
（4）不平衡保护二次接线正确。检修过程中，应检查电容器组本体至保护装置不平衡电压、不平衡电流二次线正确性，重点明确不平衡电压应采用开口三角接线还是电压差动，接入位置是否正确。
（5）保护装置采样精度合格。交流采样关系到保护装置能正确的动作，必须严格把关，重点核查在小幅值电压、电流（1V/0.1倍额定电流）以及额定电压、电流下保护装置的采样精度，幅值与实测值误差应小于5％，并测试故障大电流下保护装置的采样精度，当In为1A时，保护电流的最大采样电流为5In，In为5A时，保护电流的最大采样电流为2In。同时还需确保装置遥测值与后台一致，精度合格。
（6）保护装置逻辑校验正确。应结合校验规程、定值单和说明书进行动作逻辑检查，主要包括过电流保护校验，零序保护校验，过电压保护校验，低电压保护校验，不平衡保护校验，不应遗漏项目。
（7）断路器整组动作正确。需投入保护装置出口压板进行电容器开关整组传动及防跳试验，校验断路器性能以及二次回路完整性。其中要特别注意，断路器控制回路的合闸回路串接有电容器本体接地刀闸的常闭接点，该刀闸检验时通常处于合位，需将该接点短接才可合上开关进行开关分合闸试验。
（8）保护装置定值核对无误。工作结束前，应确认装置内定值、控制字、软压板、定值区号、版本号校验码等与正式运行定值单一致。
（9）开关柜内端子螺丝紧固。作为年检工作中最简单但是最重要的工作，应重点紧固CT二次回路、开关控制回路，并确保信号回路、PT二次回路等接线未松动，工作结束前应恢复二次PT安全隔离措施，并检查装置电压采样正常。
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