谐波治理电抗器烧毁原因分析(上)

      一、前 言
      近年来随着电抗器的广泛应用，时有发生谐波治理电抗器烧毁事故，严重影响了安全生产运行，现结合我站实际情况和网上部分文献资料作出以下分析，水平有限，仅供参考。
   
      我站电抗器运行时电流较大，部分电抗器温升接近100度，如在较低气温时退出运行，短时间内热胀冷缩是会导致电抗器表皮绝缘开裂，在绝缘劣化到一定程度时，若遇到较大的过电流时容易发生匝间短路，电抗器的并联进线因电流过大而发热，热量累积数分钟后到达燃点，而保护装置在过流过压时不能及时启动最终导致电抗器烧毁。

      二、电抗器烧毁的原因及分析
      1、谐波治理电抗器烧毁原因有如下几个原因：
      A、长期工作电流过大加速了电抗器的绝缘老化，缩短了电抗器寿命。
      B、剧烈的热胀冷缩是电抗器表皮绝缘开裂的直接原因。
      C、保护装置在过流过压初期不能及时动作防止事故的发生。
      D、电抗器自身结构不合理，粉尘污染影响散热等等
 
      2、电抗器工作电流过大：我站有两种电抗器，一种容量144KVAR，额定系统电压38.1KV，额定电流108A（铭牌上147A为误导）；另一种容量240KVAR，额定系统电压38.1KV，额定电流电流180A。我站有数次电抗器投入数分钟内即烧毁的事故，可能的原因是电抗器投入时过大的电流烧断了本身绝缘脆弱的进线，使其他进线电流变大，最终热量累积导致电抗器被烧毁。产生瞬时过电流的原因是电化公司负荷带动过于迅速，在电抗器还未依次投入但负荷已较高的时候，系统会产生很大的电流。解决的方法是加强与电化公司的沟通，要求其较为平缓的带起负荷，另外，目前无功补偿控制装置在符合合闸条件的情况下需要等待5分钟才能合闸，最好能在符合相关要求的前提下缩短这一等待时间。
 
       根据负荷平稳时的记录，全部电抗器的日均电流均达到了额定值，部分超过了10%，虽然电抗器可以长期在1.35倍额定电流下工作，但长期电流过大不利于电抗器的寿命。长期电流过大可能的原因：电抗率选择不当导致放大谐波。可通过实测确定35KV母线电压总畸变率是否超过3%，奇次谐波含有量是否超过2.4%，若超过则可尝试用12%电抗器进行验算，进行谐波测试时应在负荷稳定时进行。
 
      谐波是指频率为基波整数倍数（1以外）的交流量，它因负载的非线性而产生，谐波对电力系统有很大的危害。当高次谐波作用电容器组上时，使电容器组电抗减小，电流增大，使系统产生谐波过电压，甚至谐振。串联电抗器可以有效减小谐波，限制合闸涌流。但若电抗率选择不当可能会导致谐波放大。
 
      电抗器的选择：额定端电压UL=Uc*K 额定容量SL=Sc*K （UL：电抗器额定端电压 Uc：电容器额定电压 SL:电抗器额定容量 Sc：电容器额定容量 K：电抗率；电抗率的选择根据标准,当接入电网处的背景谐波为3次及以上时，一般为12%；也可采用4.5%～6%与12%两种电抗率。但设计规范说的较含糊，实际较难执行，我认为上述情况应区别对待，并通过验算确定电抗率是否合适。
 
      3、电容器装置接入处背景谐波为3次［2］
      3次谐波含量较小，可选择0.1%～1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3 次谐波放大是否超过或接近国标限值[3]，并且有一定的裕度。(2)3次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择 12%或12%与4.5%～6%的串联电抗器混合装设。电容器装置接入处的背景谐波为3 次、5 次：(1) 3 次谐波含量很小，5次谐波含量较大（包括已经超过或接近国标限值），选择 4.5%～6%的串联电抗器，忌用 0.1%～1%的串联电抗器。(2) 3 次谐波含量略大，5次谐波含量较小，选择0.1%～1%的串联电抗器，但应验算电容器装置投入后3 次谐波放大是否超过或接近国标限值，并且有一定的裕度。(3) 3 次谐波含量较大，已经超过或接近国标限值，选择12%或12%与4.5%～6%的串联电抗器混合装设。
 
      4、电容器装置接入处的背景谐波为5 次及以上：(1)5次谐波含量较小，应选择4.5%～6%的串联电抗器。5次谐波含量较大，应选择4.5%的串联电抗器。对于采用 0.1%～1%的串联电抗器，要防止对5次、7次谐波的严重放大或谐振；对于采用4.5%～6%的串联电抗器，要防止对3次谐波的严重放大或谐振。具体验算见3.电抗率的选择分析。
 
      5、运行人员注意事项：首先需要降低电抗器电流，温升，其次在天气剧烈变化的时候调度和运行应尽量不改变无功补偿的运行方式，在运行人员巡视时检查电抗器外绝缘破裂情况、瓷瓶有无明显的放电现象、有无异响等。
 
      6、维护人员注意事项：运行维护单位在干式空心电抗器停电检修期间除按照规程规定进行试验外，还应进行全面检查，检查的重点是最外层和最内层包封表面的开裂情况。必要时可采用内窥镜检查各个包封层表面的开裂情况以及是否存在鼓包和树枝状爬电现象。对运行时间较长且包封表面开裂严重的，建议逐步进行更换;对包封表面轻微开裂的，建议进行喷涂RTV涂料处理，以延缓包封开裂后水份进入绕组内部对导线绝缘层侵蚀的速度。

      7、保护装置不启动：我站电抗器的毁坏 , 除了谐波引起过流或过压导致过热之外 ,保护装置在过流过压时不能及时动作 ,也是电抗器毁坏的间接原因[4]。目前 ,电容器组多为单星形接线的并联电容器组 ,其保护配置大致有速断保护、过流保护、压差保护、电压不平衡保护、过压及低压保护等 ,经分析 ,这些保护对电抗器故障都不起什么保护作用。

      A、过电流与速断保护:一般情况下,电容器组的电流大小如式：Ic =Us／(1-K)Xc式中: Us =电源电压;Xc=电容器组容抗;K=电抗率。可以看出,电容器组串接电抗器的电抗率 K越高,流过电容器回路的电流 Ic将越大,反之亦然。当电抗器出现线圈短路或烧毁,其电感值随之变小,K越小,则回路电流Ic愈小。因此,以Ic增大为判据的速断和过流保护根本不会有反应。
 
      B、电压压差保护：电压差动保护只是从电容器首尾两端取信号只有当电容器有故障时,才会有电压信号出现。因此,只要电容器不发生故障,即使电抗器全部短路,电压差动保护也不会动作。
 
      C、不平衡电压保护：在单星形接线的电容器组中,当某相电抗器发生故障时,就会引起三相回路阻抗的不平衡,从而中性点电位发生偏移,三相开口三角出现不平衡电压。但由于每组电容器容抗远大于电抗器感抗,根据每台电容器组内部不同的小电容元件的并联个数M和串联个数N,不平衡电压保护整定值取值范围一般为008～015倍的相电压。通常,如果1台电容器组内部有1 个或几个小电容元件出故障后,三相所出现的不平衡电压对于电抗率为 6%及以下的电抗器故障所出现的不平衡电压要大得多,因此,电抗率6% 及以下的电抗器故障保护不会动作。对于电抗率为12 %～13%的电抗器故障,保护即使动作时电抗器也已濒临短路,甚至处于保护死区。
 
      D、过电压保护及低电压保护：过电压保护和低电压保护所取的电压是从系统母线上取的,并根据母线电压的升降情况做出反应，电抗器烧毁对母线电压没有影响, 因此这两种保护也不会动作。  
 
      据以上分析,目前的串联电抗器几乎处于无保护状态。背景谐波较严重的变电站,在谐波得到较好的治理之前,值班员应将电抗器作为巡视的重点设备,特别是在负荷高峰期,应增加电抗器巡视和红外测温的次数, 以便及早发现电抗器故障并及时切除电容器装置,避免事故扩大。不过,要从根本上解决问题,就应对该站进行谐波治理,给电抗器安装如高温报警、端电压保护等保护装置。

      E、电抗器结构不合理，粉尘污染：与厂家联系，督促厂家改进产品质量，要求厂家做出事故分析。粉尘污染暂无法解决。