电容器保护装置的工作原理

一、基础保护功能的工作原理
1. 过电压保护
          监测对象：电容器组两端的线电压或相电压。
          原理：电容器的绝缘强度对电压敏感，长期过电压会导致介质老化、发热甚至击穿。保护装置通过电压互感器（PT）采集电压信号，与预设的过电压定值（通常为额定电压的 1.1~1.3 倍）比较：
          当实测电压超过定值且持续时间达到设定延时（如 1~5 秒），判定为过电压故障，装置发出跳闸指令，切断电容器组电源。
          应用场景：电网电压波动、无功补偿过度（如轻载时电容器过补偿导致电压升高）等情况。

2. 欠电压保护
          监测对象：电容器组两端电压。
          原理：电压过低时，电容器无功输出大幅下降，且再次投运时可能产生过大合闸涌流。保护装置监测到电压低于定值（通常为额定电压的 0.6~0.8 倍）并持续一定时间后，动作切除电容器。
          作用：避免低电压下电容器无效运行，同时防止电压恢复时的涌流冲击。

3. 过电流保护
          监测对象：通过电容器组的电流。
          原理：电容器内部短路、谐波超标或外部故障（如线路短路）会导致电流增大。电容器保护装置通过电流互感器（CT）采集电流，与过流定值（通常为额定电流的 1.2~2 倍）比较，若超过定值且满足延时条件，立即跳闸。
          特殊点：需区分 “合闸涌流” 与 “故障过流”—— 合闸瞬间的涌流可能达到额定电流的 10~20 倍，但持续时间极短（毫秒级），保护装置需通过短延时躲过涌流，仅响应持续过流。

二、核心保护：不平衡电流 / 电压保护（针对内部故障）
电容器组由多个电容元件串联 / 并联组成，单个元件击穿或老化会导致组内参数失衡，需通过以下保护检测：
1. 不平衡电流保护（适用于双星形、三角形等接线方式）
          原理：将电容器组分为两个对称的分支（如双星形的两组星形），正常时两分支电流相等，差值为零；若某一分支元件故障，电流差值增大。
          监测与动作：保护装置通过 CT 采集两分支电流的差值，当差值超过设定定值（通常为额定电流的 5%~10%）时，判定为内部故障，动作跳闸。
          示例：双星形接线中，一支路某元件击穿，该支路总电容增大，电流大于另一支路，差值触发保护。
2. 不平衡电压保护（适用于串联段数较多的电容器组）
          原理：电容器组按串联段分组（如每相由 2~4 个串联段组成），正常时各段电压相等；若某段元件故障，该段电压降低，其他段电压升高。
          监测与动作：通过电压传感器监测各串联段的电压，计算电压差或单段电压与平均电压的偏差，超过定值时动作。例如，某相分为 3 个串联段，正常时每段电压 1/3 相电压，若某段元件击穿，其电压接近 0，其他两段电压升至 1/2 相电压，偏差超过阈值即跳闸。

三、其他特殊保护功能
1. 谐波过流保护
          原理：电容器对谐波阻抗低，易吸收大量谐波电流导致过热。电容器保护装置通过傅里叶变换分析电流中的谐波分量（如 3 次、5 次、7 次），当某一谐波电流超过对应定值（如 5 次谐波电流＞额定电流的 0.3 倍）时，动作切除电容器。
          应用场景：工业现场（如电弧炉、变频器）的谐波污染环境。
2. 差流保护（针对单台电容器内部故障）
          原理：对于大容量电容器组，单台电容器内部可能发生极间短路，此时通过在电容器外壳与接地端串联 CT，监测 “外壳漏电电流”—— 正常时漏电电流几乎为零，内部故障时漏电电流骤增，触发保护。
3. 温度保护
          原理：通过贴在电容器外壳的温度传感器监测温度，当温度超过上限（如 65℃）时，判定为过热故障，动作切除电容器（通常作为后备保护）。

四、保护装置的整体工作流程
          信号采集：通过 PT、CT、温度传感器等实时采集电压、电流、温度等参数。
          信号处理：对采集的模拟量进行滤波、模数转换（A/D），提取有效值、谐波分量等特征量。
          逻辑判断：将处理后的数据与预设的保护定值（过压、过流、不平衡差值等）比较，结合延时条件（躲过暂态干扰）判断是否为故障。
          执行动作：若判定为故障，立即发出跳闸指令（通过继电器切断电容器组的断路器），同时记录故障类型、时间等信息，并发出告警信号（指示灯、声光报警或远传至监控系统）。

总结
          电容器保护装置的核心逻辑是 **“针对电容器的薄弱环节（耐压低、怕过流、内部故障易扩散）设置多层保护”**，通过精准监测电气参数的异常变化，快速区分 “正常暂态” 与 “故障状态”，最终实现 “故障时可靠切除、正常时不误动” 的目标，保障电容器组及电网的安全运行。