从电抗器作用分析因容量不匹配对电抗器的影响

      摘要：通过现场的实例分析，由于电容器与电抗器容量的不匹配，造成了电抗器的烧毁，对此进行了详细的分析。

　　关键词：电抗器，电容器，电抗器作用，容量匹配，匝间绝缘
　　
      1、事故情况
　　2011年7月底某宁夏某合金企业110kV变电站低压10kV 侧无功补偿7200 kvar电容器组所用串联电抗器B相线圈烧毁，配套的电抗器型号为CKGKL—144/10—12。经现场检查分析后主要是用户不遵守补偿原则随意改动容量所致。
　　
      经查记录，2011年7月用户因用电设备的容量扩大，导致功率因数由0.92在负荷大时变为0.83，经计算，要达到国家标准要求不致罚款并投资最小，用户将3600 kvar扩装为7200 kvar，经试投运行功率因数符合了要求达到了0.98。7月26日9点正式投运，12时30分发现电抗器B相起火，拉闸停运分析问题。
　　
      本台烧坏的串联电抗器总容量为432kvar（三相），接在电源侧，电抗器位于电容器组的前侧，经现场查看，并联电容器的容量为7200kvar，系统主要消除3次为主的谐波。
　　
      2、串联电抗器容量的选择原则
　　串联电抗器与并联电容器组相串联，主要作用是为了限制合闸涌流和抑制系统中的谐波。
　　
      电抗器的电抗率为电抗器的额定电抗与之并联的电容器组额定容抗的百分比值，即电抗器容量与电容器组容量的百分比值（K=XL/XC）。其选择的原则是使系统中占比例最高的谐波分量的总电抗值接近于零，即使占比例最高的谐波分量的感抗接近于容量。但为避免电磁谐振导致产生过电压及容性阻抗高次谐波放大现象，电抗率就满足下式：
　　K=XL/XC K>1/n2
　　式中 XL：电抗器的额定感抗，
　　XC：电容器的额定容抗，
　　n： 占比例最高的谐波次数
　　图示为电抗器损坏照片
　　例如：当n=3时，k>0.11；当n=5时，k>0.04。如为了限制3次以上的谐波，电抗率一般选取12%，13%；如为了限制5次以上的谐波，电抗率一般选取4.5%，5%，6%。
　　
      3、原因分析
　　3.1电容器、电抗器的容量确定
　　当并联电容器的容量为7200kvar，而系统中主要为3次谐波，如选用12%的电抗器，与电容器匹配的电抗器容量应为 7200 kvar *12%=864 kvar（三相）。而现场的电抗器容量为432 kvar ，小于与电容器匹配的电抗器容量864 kvar。
　　
      3.2实际流经电容器组的额定电流
　　IE=UE/（ XC —XL）
　　式中 UE：10kV系统的额定相电压，
　　按10.5kV计算
　　XL：电抗器的感抗， 总容量为432kvar电抗器的额定感抗为4.8Ω
　　XC ：并联电容器的容抗，7200kvar电容器的额定容抗为20Ω。
　　经计算IE=399A。
　　
      3.3电抗器绕组的平均温升TM
　　TM=TM0（N2）0.8式中 TM0：电抗器的设计温升N：实际流经电容器系统的电流与电抗器额定电流的比值。
　　
      按DL462—1992、JB5346—1998的标准，空芯电抗器B级绝缘的平均温升为75K，CKGKL—144/10—12的额定电流为174A，绕组的设计平均温升为70K，在与7200kvar电容器相串联时，流经电抗器的额定电流为399A，此时N等于2.3，此时的绕组平均温升会大幅度增加。此时绕组的平均为316K.
　　
      3.4分析
　　由于电抗器的绕组温升达到了316K，现场环境温度为35℃，此时绕组的平均温升约281K，绕组上部温度会更高，按照电力部DL 462—1992和机械部JB5346—1998中的标准，B级绝缘等级的温升只有75K， 此时的温升远远大于B级电抗器所能承受的能力。匝间绝缘损坏后就会引起电抗器烧毁。
　　
      在如此高的温度下绕组绝缘逐渐损坏，导致匝间耐受电压降低，在匝间形成短路，短路导致温度进一步升高引起绕组绝缘燃烧。
　　
      4、结束语
　　此次事故是由于电容器组和串联电抗器的容量不匹配才造成了电抗器的损坏。再者由于电抗器的电抗占到整个系统的百分之几，不能超过系统的整定能力，因此电抗器出现事故后整个系统还继续运行，所以在日常的检修过程中应不断加强。