電抗器廠家探討干式鐵心串聯(lián)電抗器損壞原因

   一、摘 要
   干式鐵心串聯(lián)電抗器是無(wú)功補(bǔ)償裝置中的重要元件，起到保護(hù)電容器組及消除電網(wǎng)諧波的作用。其使用不當(dāng)或配置不當(dāng)容易造成非常嚴(yán)重的后果，可能造成諧波放大或電抗器損毀。文中介紹一起干式鐵心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)中運(yùn)行損壞的事故，對(duì)電抗器非正常振動(dòng)作了簡(jiǎn)單的分析，找出串聯(lián)電抗器的噪音異常增大的原因，提出了解決方案，可供運(yùn)行維護(hù)人員參考。

    關(guān)鍵詞： 電抗器，干式鐵心串聯(lián)電抗器； 電容器； 諧波治理； 無(wú)功補(bǔ)償；   

    二、引 言
    在電力系統(tǒng)中，為了提高電力系統(tǒng)中的功率因數(shù)，常采用并聯(lián)電容器組來(lái)補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無(wú)功功率。但為了保護(hù)電容器組的安全運(yùn)行，通常在電容器組上加裝串聯(lián)電抗器，串聯(lián)電抗器與并聯(lián)電容器組串聯(lián)在一起投入電網(wǎng)運(yùn)行，還起到以下作用：降低電容器組的操作過(guò)電壓；抑制電網(wǎng)中的高次諧波；抑制電容器組投切過(guò)程中的合閘涌流，保護(hù)電容器組。

    干式串聯(lián)電抗器一般分為干式鐵心串聯(lián)電抗器和干式空心串聯(lián)電抗器，干式鐵心串聯(lián)電抗器以其體積小、漏磁小的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。電抗器的容量配置可根據(jù)所裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量直接確定。一般情況是對(duì)5次以上的諧波按并聯(lián)電容器容量的5％或6%選取，而對(duì)3 次以上的諧波則應(yīng)按并聯(lián)電容器容量的12%或13%選取。另外，對(duì)僅考慮抑制5次以上諧波放大問(wèn)題的場(chǎng)所（即電抗器容量為電容器容量的5％或6%）還應(yīng)注意防止對(duì)3次諧波的放大問(wèn)題，以保證并聯(lián)電容器的安全運(yùn)行。但是，在電容器組的實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，文中選出具有代表性的事故進(jìn)行分析，供相關(guān)從業(yè)人員借鑒。

     三、干式鐵心串聯(lián)電抗器事故現(xiàn)象
     2013年鞍山某110kV變電站的10kV無(wú)功補(bǔ)償裝置由于電抗器的原因發(fā)生單相接地現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)看到電容器組正常，電抗器前置，發(fā)現(xiàn)電抗器有2個(gè)螺桿斷裂，其中的1根螺桿斷裂后剛好搭接到電抗器A相進(jìn)線銅排上面，引起單相接地。經(jīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格檢查，鐵心電抗器線圈表面顏色正常，表面無(wú)裂痕，測(cè)量直流電阻，電阻值和出廠報(bào)告沒(méi)有差別，測(cè)量電抗器的電抗值，也沒(méi)有變化。但檢查線圈與鐵心內(nèi)部時(shí)，發(fā)現(xiàn)澆注鐵心柱的樹(shù)脂已經(jīng)開(kāi)裂，另外的幾根螺桿也已經(jīng)松動(dòng)，包括穿心螺桿也是同樣情況，可見(jiàn)電抗器運(yùn)行時(shí)，整體振動(dòng)幅度很大。斷裂的螺母如圖1所示，解剖圖如圖2所示。

    四、 電抗器廠家探討干式鐵心串聯(lián)電抗器事故原因
    鐵心電抗器運(yùn)行時(shí)應(yīng)該噪音很大，估計(jì)在75dB以上，但該變電站為無(wú)人值守變電站，且電抗器運(yùn)行于室內(nèi)，所以沒(méi)有引起注意。是什么原因?qū)е侣輻U斷裂？根據(jù)值班人員調(diào)出的電抗器運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)電容器組的配置作了詳細(xì)的了解，分析出引起此次事故的成因。

    該套電容器組容量為6000kvar，單臺(tái)電容器的型號(hào)為B/3-334-1W，電容器組由18臺(tái)單元電容器組成，額定電壓10kV，配套burbund品牌的干式鐵心電抗器的電抗率為6％，型號(hào)為BCKSC-360/10-6。電容器公司將該套電容器組設(shè)計(jì)為可調(diào)容方式，分為3個(gè)檔調(diào)節(jié)，電容器組容量分為6000kvar、4000kvar和2000kvar。在電抗器本體上設(shè)計(jì)了3檔抽頭，全部按照6%的電抗率進(jìn)行配套，對(duì)應(yīng)容量分別360kvar、240kvar和12kvar。裝置的容量轉(zhuǎn)換依靠1個(gè)三位置轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。然而在實(shí)際接線時(shí)，發(fā)現(xiàn)在電容器組運(yùn)行于6000kvar這一檔時(shí)，對(duì)應(yīng)的電抗器抽頭是240kvar，電容器組4000kvar容量對(duì)應(yīng)的電抗器抽頭是360kvar，2000kvar的沒(méi)錯(cuò)，對(duì)應(yīng)120kvar的電抗器抽頭，也就是說(shuō)電容器組前兩個(gè)容量對(duì)應(yīng)電抗器的抽頭接反了，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的容量為電容器組4000kvar這一檔。電抗器屬于電容器組中的配套元件，串聯(lián)接線于電容器組中，其接線原理如圖3所示。

    以實(shí)際運(yùn)行時(shí)的情況分析，配套4000kvar的電容器組，電抗器本體的參數(shù)見(jiàn)表1。10kV 電容器組容量為4000kvar，其參數(shù)見(jiàn)表2。

    也就是說(shuō)，通過(guò)電抗器的實(shí)際電流比其額定電流要小很多，之所以產(chǎn)生如此大的振動(dòng)，最大的可能就是在特定頻率下發(fā)生了諧振，從參數(shù)表1可以看出，目前電抗器的電抗率為4%，離5次諧波的諧振點(diǎn)非常接近，分析如下：理論上，在5次諧波作用下，電抗器諧波下的電抗值為1.21×5＝6.05Ω。電容器組諧波下的容抗值為30.24÷5＝6.048Ω。

    根據(jù)電抗器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，電抗器的電抗值誤差范圍為0～+5％，電容器標(biāo)準(zhǔn)要求電容器組的電容值誤差范圍為0～+10％。所以，實(shí)際電抗器三相的平均電抗值為1.225Ω，實(shí)際運(yùn)行的產(chǎn)品在5次諧波下的電抗值為1.225×5＝6.125Ω。電容器組的容抗值在6.048～5.76Ω之間。從上面的結(jié)果可以看出，電容器和電抗器在5次諧波下的電抗值幾乎相等，考慮制造誤差，二者也接近于5次諧波下的串聯(lián)諧振，這就造成了在很小的5次諧波電勢(shì)下，產(chǎn)生很大的5次諧波電流，造成諧波放大，引起電抗器鐵心的鐵磁諧振，這就是上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。幸好電抗器是在低于額定電流狀態(tài)下運(yùn)行，如果電容器組當(dāng)時(shí)運(yùn)行在6000kvar 的工作狀態(tài)，且電抗器實(shí)際接在240 kvar的檔位，估計(jì)電抗器在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)燒毀，引起更大的事故。圖4就是用戶接錯(cuò)線，將低容量的電抗器分接接到大的電容器組時(shí)造成的燒毀現(xiàn)象。

    根據(jù)以上分析，重新制作了拉螺桿發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)，緊固了各個(gè)緊固件，將電容器組配置到正確的電抗器容量上面。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的配合下，重新投入電容器組，分別觀察3 種補(bǔ)償方式下的電容器組運(yùn)行情況，設(shè)備運(yùn)行情況良好，電抗器噪音平均在52dB以下，低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電抗器噪音的要求。

    五、電抗器廠家關(guān)于干式鐵心串聯(lián)電抗器損壞原因原因的總結(jié)
    從以上分析可以看出，對(duì)于這樣的可調(diào)容電容器組，4000kvar的電容器組配置6％電抗率的鐵心電抗器時(shí)，不能將電抗器容量接在360kvar檔上，這樣易使電容器組處于5次諧波下的串聯(lián)諧振狀態(tài)下。此次出現(xiàn)這種情況是1個(gè)偶發(fā)事件，但也不是僅有的我們以前也處理過(guò)相似的案例。目前改組電容器組運(yùn)行至今，情況良好。