耦合电容器

耦合电容器是电力系统高频通道中的重要设备,是用来在电力网络中传递信号的电容器,主要用于工频高压及超高压交流输电线路中,以实现载波、通讯、测量、控制、保护及抽取电能等目的。它使得强电和弱电2个系统通过电容器耦合并隔离,提供高频信号通路,阻止工频电流进入弱电系统,保证人身安全。

简介

耦合电容器是用来在电力网络中传递信号的电容器。主要用于工频高压及超高压交流输电线路中,以实现载波、通讯、测量、控制、保护及抽取电能等目的。

原理

由电工原理可知,电容器容抗Xc的大小取决与电流的频率f和电容器的容量C:Xc=1/(2πfC),高频载波信号通常使用的频率为30~500kHz,对于50Hz的工频来说,耦合电容器呈现的阻抗要比高频信号呈现的阻抗值大600~1000倍,基本上相当于开路,而对于高频信号来说,则相当于短路。耦合电容器既可作为载波高频信号的通道,又可阻断工频高压大电流。耦合电容器可抽取50Hz的电压,其原理与电容式电压互感器相同,给继电保护及重合闸装置提供所需要的二次交流电压,起到电压互感器的作用。

作用

耦合电容器的作用是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离,提供高频信号通路,阻止工频电流进入弱电系统,保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外,还可抽取工频电压供保护及重合闸使用,起到电压互感器的作用。

耦合电容器的结构

耦合电容器的芯子装在绝缘瓷套管内,瓷套管内充有绝缘油。瓷套管两端装有金属制成的法兰,作组合连接和固定用。当电压在110kV及以上时,耦合电容器均为几个电容器串联组合而成。耦合电容器装有接地开关,作为高频保护、自动化系统和远动信号、调度载波通信以及电压抽取装置等二次部分的保安接地。

耦合电容器的安装

耦合电容器的安装,根据其型号和需要不同,可用线路悬式绝缘子悬挂在架空线路上,也可用支柱绝缘子作成座立式使用。对于引出头接在盖板和底座上的耦合电容器,使用时底座需与地绝缘,所以配有绝缘底座;对于引出头一端接在盖板上,另一端则通过底座上的瓷套引出时,使用时底座可直接接地。

使用方法

耦合电容器是和结合滤波器、阻波器一起使用的。结合设备接在耦合电容器的低电压端和连接电力线载波机的高频电缆之间;或者在桥路情况下,直接或经过附加设备接往另一台结合设备。结合设备经耦合电容器与电力线的一相或多相导线耦合。相地耦合、相相耦合是最普遍的耦合方式。这种方式的特点:

  • 既能使高压强电与高频设备进一步隔离,并抑制其它频率信号的干扰,又能使高频通路的输入阻抗与高频电缆的输入阻抗相匹配,以利于高频信号的传输。
  • 通过结合滤波器、阻波器还能使经过耦合电容器泄漏的高压工频电流可靠接地保障高频设备的安全。

故障分析

常见故障

在耦合电容器运行中,运行人员经常会遇见以下4种常见故障:

  • 导线有断股、松脱现象,线夹连接不牢固。
  • 有漏、渗油现象。
  • 接地不好,接地开关位置错误。
  • 电容器瓷套部分有破损或放电痕迹。

实例分析

2006年10月27日,220kV某线路继电保护发出高频通道异常信号。运行人员在检查该线路继电保护装置无异常的情况,对室外该线路一次设备进行了检查,发现该线路B相耦合电容器上、下2节之间软连接线因严重锈蚀出现放电现象。运行人员立即汇报相关调度,根据调度命令退出其高频保护,并将该线路停电转检修状态,由专业人员对软连接进行了更换,耦合电容器经试验正常后,该线路恢复正常运行。

分析可知:

  • 故障直接原因是由于耦合电容器上、下2节之间软连接线严重锈蚀引起的。该软连接线是采用多股铜导线绕制而成的,由于长期运行产生锈蚀,在电阻增大和高电压的情况下,发生了放电现象。
  • 间接原因是变电站周围有污染源,造成软连接线严重锈蚀,从而引发该故障。
  • 软连接线长期运行颜色变黑,使运行人员巡视检查时不易发现,也是发生故障的原因之一。

采取措施:

  • 变软连接为硬连接。将多股铜导线更换为单根截面满足要求的铜导线。
  • 运行人员加强巡视检查,并对此处加强测温,防止此类故障再次发生。
  • 变外连接为内连接。耦合电容器上、下2节之间采用外连接,受外界环境影响较大,将设备的外连接改为内连接可以有效防止锈蚀,不受外界环境影响。
目录
1.
简介
2.
原理
3.
作用
4.
耦合电容器的结构
5.
耦合电容器的安装
6.
使用方法
7.
故障分析
讨论