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)電抗器是無功補償裝置中的重要元件，起到保護電容器組及消除電網(wǎng)諧波的作用。其使用不當或配置不當容易造成非常嚴重的后果，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)中運行損壞的事故，對電抗器非正常振動作了簡單的分析，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，可供運行維護人員參考。

    關鍵詞： 電抗器，干式鐵心串聯(lián)電抗器； 電容器； 諧波治理； 無功補償；   

    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)電容器組來補償電力系統(tǒng)的無功功率。但為了保護電容器組的安全運行，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)運行，還起到以下作用：降低電容器組的操作過電壓；抑制電網(wǎng)中的高次諧波；抑制電容器組投切過程中的合閘涌流，保護電容器組。

    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、漏磁小的特點得到廣泛應用。電抗器的容量配置可根據(jù)所裝設的并聯(lián)電容器容量直接確定。一般情況是對5次以上的諧波按并聯(lián)電容器容量的5％或6%選取，而對3 次以上的諧波則應按并聯(lián)電容器容量的12%或13%選取。另外，對僅考慮抑制5次以上諧波放大問題的場所（即電抗器容量為電容器容量的5％或6%）還應注意防止對3次諧波的放大問題，以保證并聯(lián)電容器的安全運行。但是，在電容器組的實際運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題，文中選出具有代表性的事故進行分析，供相關從業(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無功補償裝置由于電抗器的原因發(fā)生單相接地現(xiàn)象，現(xiàn)場看到電容器組正常，電抗器前置，發(fā)現(xiàn)電抗器有2個螺桿斷裂，其中的1根螺桿斷裂后剛好搭接到電抗器A相進線銅排上面，引起單相接地。經(jīng)對產(chǎn)品進行嚴格檢查，鐵心電抗器線圈表面顏色正常，表面無裂痕，測量直流電阻，電阻值和出廠報告沒有差別，測量電抗器的電抗值，也沒有變化。但檢查線圈與鐵心內(nèi)部時，發(fā)現(xiàn)澆注鐵心柱的樹脂已經(jīng)開裂，另外的幾根螺桿也已經(jīng)松動，包括穿心螺桿也是同樣情況，可見電抗器運行時，整體振動幅度很大。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
    鐵心電抗器運行時應該噪音很大，估計在75dB以上，但該變電站為無人值守變電站，且電抗器運行于室內(nèi)，所以沒有引起注意。是什么原因?qū)е侣輻U斷裂？根據(jù)值班人員調(diào)出的電抗器運行數(shù)據(jù)，并對電容器組的配置作了詳細的了解，分析出引起此次事故的成因。

    該套電容器組容量為6000kvar，單臺電容器的型號為B/3-334-1W，電容器組由18臺單元電容器組成，額定電壓10kV，配套burbund品牌的干式鐵心電抗器的電抗率為6％，型號為BCKSC-360/10-6。電容器公司將該套電容器組設計為可調(diào)容方式，分為3個檔調(diào)節(jié)，電容器組容量分為6000kvar、4000kvar和2000kvar。在電抗器本體上設計了3檔抽頭，全部按照6%的電抗率進行配套，對應容量分別360kvar、240kvar和12kvar。裝置的容量轉(zhuǎn)換依靠1個三位置轉(zhuǎn)換開關。然而在實際接線時，發(fā)現(xiàn)在電容器組運行于6000kvar這一檔時，對應的電抗器抽頭是240kvar，電容器組4000kvar容量對應的電抗器抽頭是360kvar，2000kvar的沒錯，對應120kvar的電抗器抽頭，也就是說電容器組前兩個容量對應電抗器的抽頭接反了，實際現(xiàn)場運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。

    以實際運行時的情況分析，配套4000kvar的電容器組，電抗器本體的參數(shù)見表1。10kV 電容器組容量為4000kvar，其參數(shù)見表2。

    也就是說，通過電抗器的實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，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)電抗器相關標準的要求，電抗器的電抗值誤差范圍為0～+5％，電容器標準要求電容器組的電容值誤差范圍為0～+10％。所以，實際電抗器三相的平均電抗值為1.225Ω，實際運行的產(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)下運行，如果電容器組當時運行在6000kvar 的工作狀態(tài)，且電抗器實際接在240 kvar的檔位，估計電抗器在很短時間內(nèi)就會燒毀，引起更大的事故。圖4就是用戶接錯線，將低容量的電抗器分接接到大的電容器組時造成的燒毀現(xiàn)象。

    根據(jù)以上分析，重新制作了拉螺桿發(fā)到現(xiàn)場，緊固了各個緊固件，將電容器組配置到正確的電抗器容量上面。在現(xiàn)場運行人員的配合下，重新投入電容器組，分別觀察3 種補償方式下的電容器組運行情況，設備運行情況良好，電抗器噪音平均在52dB以下，低于相關標準對電抗器噪音的要求。

    五、電抗器廠家關于干式鐵心串聯(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，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個偶發(fā)事件，但也不是僅有的我們以前也處理過相似的案例。目前改組電容器組運行至今，情況良好。