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电抗器厂家探讨干式铁心串联电抗器损坏原因

   一、摘 要
   干式铁心串联电抗器是无功补偿装置中的重要元件,起到保护电容器组及消除电网谐波的作用。其使用不当或配置不当容易造成非常严重的后果,可能造成谐波放大或电抗器损毁。文中介绍一起干式铁心串联电抗器在电力系统中运行损坏的事故,对电抗器非正常振动作了简单的分析,找出串联电抗器的噪音异常增大的原因,提出了解决方案,可供运行维护人员参考。

    关键词: 电抗器,干式铁心串联电抗器; 电容器; 谐波治理; 无功补偿;   

    二、引 言
    在电力系统中,为了提高电力系统中的功率因数,常采用并联电容器组来补偿电力系统的无功功率。但为了保护电容器组的安全运行,通常在电容器组上加装串联电抗器,串联电抗器与并联电容器组串联在一起投入电网运行,还起到以下作用:降低电容器组的操作过电压;抑制电网中的高次谐波;抑制电容器组投切过程中的合闸涌流,保护电容器组。

    干式串联电抗器一般分为干式铁心串联电抗器和干式空心串联电抗器,干式铁心串联电抗器以其体积小、漏磁小的特点得到广泛应用。电抗器的容量配置可根据所装设的并联电容器容量直接确定。一般情况是对5次以上的谐波按并联电容器容量的5%或6%选取,而对3 次以上的谐波则应按并联电容器容量的12%或13%选取。另外,对仅考虑抑制5次以上谐波放大问题的场所(即电抗器容量为电容器容量的5%或6%)还应注意防止对3次谐波的放大问题,以保证并联电容器的安全运行。但是,在电容器组的实际运行中,经常会出现各种各样的问题,文中选出具有代表性的事故进行分析,供相关从业人员借鉴。

     三、干式铁心串联电抗器事故现象
     2013年鞍山某110kV变电站的10kV无功补偿装置由于电抗器的原因发生单相接地现象,现场看到电容器组正常,电抗器前置,发现电抗器有2个螺杆断裂,其中的1根螺杆断裂后刚好搭接到电抗器A相进线铜排上面,引起单相接地。经对产品进行严格检查,铁心电抗器线圈表面颜色正常,表面无裂痕,测量直流电阻,电阻值和出厂报告没有差别,测量电抗器的电抗值,也没有变化。但检查线圈与铁心内部时,发现浇注铁心柱的树脂已经开裂,另外的几根螺杆也已经松动,包括穿心螺杆也是同样情况,可见电抗器运行时,整体振动幅度很大。断裂的螺母如图1所示,解剖图如图2所示。

    四、 电抗器厂家探讨干式铁心串联电抗器事故原因
    铁心电抗器运行时应该噪音很大,估计在75dB以上,但该变电站为无人值守变电站,且电抗器运行于室内,所以没有引起注意。是什么原因导致螺杆断裂?根据值班人员调出的电抗器运行数据,并对电容器组的配置作了详细的了解,分析出引起此次事故的成因。

    该套电容器组容量为6000kvar,单台电容器的型号为B/3-334-1W,电容器组由18台单元电容器组成,额定电压10kV,配套burbund品牌的干式铁心电抗器的电抗率为6%,型号为BCKSC-360/10-6。电容器公司将该套电容器组设计为可调容方式,分为3个档调节,电容器组容量分为6000kvar、4000kvar和2000kvar。在电抗器本体上设计了3档抽头,全部按照6%的电抗率进行配套,对应容量分别360kvar、240kvar和12kvar。装置的容量转换依靠1个三位置转换开关。然而在实际接线时,发现在电容器组运行于6000kvar这一档时,对应的电抗器抽头是240kvar,电容器组4000kvar容量对应的电抗器抽头是360kvar,2000kvar的没错,对应120kvar的电抗器抽头,也就是说电容器组前两个容量对应电抗器的抽头接反了,实际现场运行的容量为电容器组4000kvar这一档。电抗器属于电容器组中的配套元件,串联接线于电容器组中,其接线原理如图3所示。

    以实际运行时的情况分析,配套4000kvar的电容器组,电抗器本体的参数见表1。10kV 电容器组容量为4000kvar,其参数见表2。

    也就是说,通过电抗器的实际电流比其额定电流要小很多,之所以产生如此大的振动,最大的可能就是在特定频率下发生了谐振,从参数表1可以看出,目前电抗器的电抗率为4%,离5次谐波的谐振点非常接近,分析如下:理论上,在5次谐波作用下,电抗器谐波下的电抗值为1.21×5=6.05Ω。电容器组谐波下的容抗值为30.24÷5=6.048Ω。

    根据电抗器相关标准的要求,电抗器的电抗值误差范围为0~+5%,电容器标准要求电容器组的电容值误差范围为0~+10%。所以,实际电抗器三相的平均电抗值为1.225Ω,实际运行的产品在5次谐波下的电抗值为1.225×5=6.125Ω。电容器组的容抗值在6.048~5.76Ω之间。从上面的结果可以看出,电容器和电抗器在5次谐波下的电抗值几乎相等,考虑制造误差,二者也接近于5次谐波下的串联谐振,这就造成了在很小的5次谐波电势下,产生很大的5次谐波电流,造成谐波放大,引起电抗器铁心的铁磁谐振,这就是上述现象产生的原因。幸好电抗器是在低于额定电流状态下运行,如果电容器组当时运行在6000kvar 的工作状态,且电抗器实际接在240 kvar的档位,估计电抗器在很短时间内就会烧毁,引起更大的事故。图4就是用户接错线,将低容量的电抗器分接接到大的电容器组时造成的烧毁现象。

    根据以上分析,重新制作了拉螺杆发到现场,紧固了各个紧固件,将电容器组配置到正确的电抗器容量上面。在现场运行人员的配合下,重新投入电容器组,分别观察3 种补偿方式下的电容器组运行情况,设备运行情况良好,电抗器噪音平均在52dB以下,低于相关标准对电抗器噪音的要求。

    五、电抗器厂家关于干式铁心串联电抗器损坏原因原因的总结
    从以上分析可以看出,对于这样的可调容电容器组,4000kvar的电容器组配置6%电抗率的铁心电抗器时,不能将电抗器容量接在360kvar档上,这样易使电容器组处于5次谐波下的串联谐振状态下。此次出现这种情况是1个偶发事件,但也不是仅有的我们以前也处理过相似的案例。目前改组电容器组运行至今,情况良好。

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