諧波治理電抗器燒毀原因分析(上)

      一、前 言
      近年來隨著電抗器的廣泛應(yīng)用，時(shí)有發(fā)生諧波治理電抗器燒毀事故，嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)運(yùn)行，現(xiàn)結(jié)合我站實(shí)際情況和網(wǎng)上部分文獻(xiàn)資料作出以下分析，水平有限，僅供參考。
   
      我站電抗器運(yùn)行時(shí)電流較大，部分電抗器溫升接近100度，如在較低氣溫時(shí)退出運(yùn)行，短時(shí)間內(nèi)熱脹冷縮是會導(dǎo)致電抗器表皮絕緣開裂，在絕緣劣化到一定程度時(shí)，若遇到較大的過電流時(shí)容易發(fā)生匝間短路，電抗器的并聯(lián)進(jìn)線因電流過大而發(fā)熱，熱量累積數(shù)分鐘后到達(dá)燃點(diǎn)，而保護(hù)裝置在過流過壓時(shí)不能及時(shí)啟動最終導(dǎo)致電抗器燒毀。

      二、電抗器燒毀的原因及分析
      1、諧波治理電抗器燒毀原因有如下幾個(gè)原因：
      A、長期工作電流過大加速了電抗器的絕緣老化，縮短了電抗器壽命。
      B、劇烈的熱脹冷縮是電抗器表皮絕緣開裂的直接原因。
      C、保護(hù)裝置在過流過壓初期不能及時(shí)動作防止事故的發(fā)生。
      D、電抗器自身結(jié)構(gòu)不合理，粉塵污染影響散熱等等
 
      2、電抗器工作電流過大：我站有兩種電抗器，一種容量144KVAR，額定系統(tǒng)電壓38.1KV，額定電流108A（銘牌上147A為誤導(dǎo)）；另一種容量240KVAR，額定系統(tǒng)電壓38.1KV，額定電流電流180A。我站有數(shù)次電抗器投入數(shù)分鐘內(nèi)即燒毀的事故，可能的原因是電抗器投入時(shí)過大的電流燒斷了本身絕緣脆弱的進(jìn)線，使其他進(jìn)線電流變大，最終熱量累積導(dǎo)致電抗器被燒毀。產(chǎn)生瞬時(shí)過電流的原因是電化公司負(fù)荷帶動過于迅速，在電抗器還未依次投入但負(fù)荷已較高的時(shí)候，系統(tǒng)會產(chǎn)生很大的電流。解決的方法是加強(qiáng)與電化公司的溝通，要求其較為平緩的帶起負(fù)荷，另外，目前無功補(bǔ)償控制裝置在符合合閘條件的情況下需要等待5分鐘才能合閘，最好能在符合相關(guān)要求的前提下縮短這一等待時(shí)間。
 
       根據(jù)負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)的記錄，全部電抗器的日均電流均達(dá)到了額定值，部分超過了10%，雖然電抗器可以長期在1.35倍額定電流下工作，但長期電流過大不利于電抗器的壽命。長期電流過大可能的原因：電抗率選擇不當(dāng)導(dǎo)致放大諧波。可通過實(shí)測確定35KV母線電壓總畸變率是否超過3%，奇次諧波含有量是否超過2.4%，若超過則可嘗試用12%電抗器進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)行諧波測試時(shí)應(yīng)在負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行。
 
      諧波是指頻率為基波整數(shù)倍數(shù)（1以外）的交流量，它因負(fù)載的非線性而產(chǎn)生，諧波對電力系統(tǒng)有很大的危害。當(dāng)高次諧波作用電容器組上時(shí)，使電容器組電抗減小，電流增大，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧波過電壓，甚至諧振。串聯(lián)電抗器可以有效減小諧波，限制合閘涌流。但若電抗率選擇不當(dāng)可能會導(dǎo)致諧波放大。
 
      電抗器的選擇：額定端電壓UL=Uc*K 額定容量SL=Sc*K （UL：電抗器額定端電壓 Uc：電容器額定電壓 SL:電抗器額定容量 Sc：電容器額定容量 K：電抗率；電抗率的選擇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)接入電網(wǎng)處的背景諧波為3次及以上時(shí)，一般為12%；也可采用4.5%～6%與12%兩種電抗率。但設(shè)計(jì)規(guī)范說的較含糊，實(shí)際較難執(zhí)行，我認(rèn)為上述情況應(yīng)區(qū)別對待，并通過驗(yàn)算確定電抗率是否合適。
 
      3、電容器裝置接入處背景諧波為3次［2］
      3次諧波含量較小，可選擇0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，但應(yīng)驗(yàn)算電容器裝置投入后3 次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值[3]，并且有一定的裕度。(2)3次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值，選擇 12%或12%與4.5%～6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。電容器裝置接入處的背景諧波為3 次、5 次：(1) 3 次諧波含量很小，5次諧波含量較大（包括已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值），選擇 4.5%～6%的串聯(lián)電抗器，忌用 0.1%～1%的串聯(lián)電抗器。(2) 3 次諧波含量略大，5次諧波含量較小，選擇0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，但應(yīng)驗(yàn)算電容器裝置投入后3 次諧波放大是否超過或接近國標(biāo)限值，并且有一定的裕度。(3) 3 次諧波含量較大，已經(jīng)超過或接近國標(biāo)限值，選擇12%或12%與4.5%～6%的串聯(lián)電抗器混合裝設(shè)。
 
      4、電容器裝置接入處的背景諧波為5 次及以上：(1)5次諧波含量較小，應(yīng)選擇4.5%～6%的串聯(lián)電抗器。5次諧波含量較大，應(yīng)選擇4.5%的串聯(lián)電抗器。對于采用 0.1%～1%的串聯(lián)電抗器，要防止對5次、7次諧波的嚴(yán)重放大或諧振；對于采用4.5%～6%的串聯(lián)電抗器，要防止對3次諧波的嚴(yán)重放大或諧振。具體驗(yàn)算見3.電抗率的選擇分析。
 
      5、運(yùn)行人員注意事項(xiàng)：首先需要降低電抗器電流，溫升，其次在天氣劇烈變化的時(shí)候調(diào)度和運(yùn)行應(yīng)盡量不改變無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式，在運(yùn)行人員巡視時(shí)檢查電抗器外絕緣破裂情況、瓷瓶有無明顯的放電現(xiàn)象、有無異響等。
 
      6、維護(hù)人員注意事項(xiàng)：運(yùn)行維護(hù)單位在干式空心電抗器停電檢修期間除按照規(guī)程規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行全面檢查，檢查的重點(diǎn)是最外層和最內(nèi)層包封表面的開裂情況。必要時(shí)可采用內(nèi)窺鏡檢查各個(gè)包封層表面的開裂情況以及是否存在鼓包和樹枝狀爬電現(xiàn)象。對運(yùn)行時(shí)間較長且包封表面開裂嚴(yán)重的，建議逐步進(jìn)行更換;對包封表面輕微開裂的，建議進(jìn)行噴涂RTV涂料處理，以延緩包封開裂后水份進(jìn)入繞組內(nèi)部對導(dǎo)線絕緣層侵蝕的速度。

      7、保護(hù)裝置不啟動：我站電抗器的毀壞 , 除了諧波引起過流或過壓導(dǎo)致過熱之外 ,保護(hù)裝置在過流過壓時(shí)不能及時(shí)動作 ,也是電抗器毀壞的間接原因[4]。目前 ,電容器組多為單星形接線的并聯(lián)電容器組 ,其保護(hù)配置大致有速斷保護(hù)、過流保護(hù)、壓差保護(hù)、電壓不平衡保護(hù)、過壓及低壓保護(hù)等 ,經(jīng)分析 ,這些保護(hù)對電抗器故障都不起什么保護(hù)作用。

      A、過電流與速斷保護(hù):一般情況下,電容器組的電流大小如式：Ic =Us／(1-K)Xc式中: Us =電源電壓;Xc=電容器組容抗;K=電抗率。可以看出,電容器組串接電抗器的電抗率 K越高,流過電容器回路的電流 Ic將越大,反之亦然。當(dāng)電抗器出現(xiàn)線圈短路或燒毀,其電感值隨之變小,K越小,則回路電流Ic愈小。因此,以Ic增大為判據(jù)的速斷和過流保護(hù)根本不會有反應(yīng)。
 
      B、電壓壓差保護(hù)：電壓差動保護(hù)只是從電容器首尾兩端取信號只有當(dāng)電容器有故障時(shí),才會有電壓信號出現(xiàn)。因此,只要電容器不發(fā)生故障,即使電抗器全部短路,電壓差動保護(hù)也不會動作。
 
      C、不平衡電壓保護(hù)：在單星形接線的電容器組中,當(dāng)某相電抗器發(fā)生故障時(shí),就會引起三相回路阻抗的不平衡,從而中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移,三相開口三角出現(xiàn)不平衡電壓。但由于每組電容器容抗遠(yuǎn)大于電抗器感抗,根據(jù)每臺電容器組內(nèi)部不同的小電容元件的并聯(lián)個(gè)數(shù)M和串聯(lián)個(gè)數(shù)N,不平衡電壓保護(hù)整定值取值范圍一般為008～015倍的相電壓。通常,如果1臺電容器組內(nèi)部有1 個(gè)或幾個(gè)小電容元件出故障后,三相所出現(xiàn)的不平衡電壓對于電抗率為 6%及以下的電抗器故障所出現(xiàn)的不平衡電壓要大得多,因此,電抗率6% 及以下的電抗器故障保護(hù)不會動作。對于電抗率為12 %～13%的電抗器故障,保護(hù)即使動作時(shí)電抗器也已瀕臨短路,甚至處于保護(hù)死區(qū)。
 
      D、過電壓保護(hù)及低電壓保護(hù)：過電壓保護(hù)和低電壓保護(hù)所取的電壓是從系統(tǒng)母線上取的,并根據(jù)母線電壓的升降情況做出反應(yīng)，電抗器燒毀對母線電壓沒有影響, 因此這兩種保護(hù)也不會動作。  
 
      據(jù)以上分析,目前的串聯(lián)電抗器幾乎處于無保護(hù)狀態(tài)。背景諧波較嚴(yán)重的變電站,在諧波得到較好的治理之前,值班員應(yīng)將電抗器作為巡視的重點(diǎn)設(shè)備,特別是在負(fù)荷高峰期,應(yīng)增加電抗器巡視和紅外測溫的次數(shù), 以便及早發(fā)現(xiàn)電抗器故障并及時(shí)切除電容器裝置,避免事故擴(kuò)大。不過,要從根本上解決問題,就應(yīng)對該站進(jìn)行諧波治理,給電抗器安裝如高溫報(bào)警、端電壓保護(hù)等保護(hù)裝置。

      E、電抗器結(jié)構(gòu)不合理，粉塵污染：與廠家聯(lián)系，督促廠家改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，要求廠家做出事故分析。粉塵污染暫無法解決。