串联电抗器(电容电抗器)常见故障分析

    本文将着重叙述干式铁心串联电抗器(电容电抗器)产品的应用，介绍串联电抗器(电容电抗器)在运行中常出现的几点问题，其中包括串联电抗器(电容电抗器)引线接头烧毁、有分接电抗器烧毁分析、电抗器选择不当而烧毁、绕组匝间短路而烧毁、电抗器温升设计不合理而损坏、电抗器噪声过大而影响运行和电抗器绝缘距离小而击穿等问题。
    串联电抗器(电容电抗器)一般串联在高压电力电容器或电容器组回路中，其主要作用是抑制高次谐波，减少网络电压波形的畸变，限制电容器在分相切投时的涌流。串联电抗器(电容电抗器)在运行中常出现的问题与解决方法如下。
    一、串联电抗器(电容电抗器)引线接头烧毁。
    在电网中运行中，经常出现串联电抗器(电容电抗器)引线接头烧毁的现象。即外绝缘、各相出线端子与引出铜排连接处灼伤明显，某相负荷侧引线端子烧熔脱落。电容器完好无损，对电抗器进行相关试验，未发现异常。经分析认为绕组与引线连接不良，在运行中，由于振动产生绕组与引线连接松动，接触电阻偏大，电容器组合电抗器投入运行后端子连接处异常发热，导致接触电阻进一步变大，恶性循环后连接处温度急剧上升，高温致使端子烧损并拉弧引起相间短路。应在设计电抗器中要考虑避免绕组与引线连接处因接松动引线烧毁现象。如在设计时使用螺栓连接，要考虑防止螺栓转动，产生虚接，或用铜排与铜排连接。
    二、有分接电抗器烧毁分析。
    有分接电抗器是指在绕组上抽出一个或两个分接头，使电抗器可以当成两台或三台不同容量的电抗器使用。电抗器在运行中，由于安装时把电抗器引线接头接错，使电容器档位与电抗器上的档位不匹配，电抗器不能有效地滤掉高次谐波，起不到电抗器应有的作用，并使电抗器在分接段线匝电密升高数倍，温升达到几百K，铁心磁密饱和，从而使电抗器绕组烧毁。在使用说明书和外形图中应注明安装方法。现场安装人员一定要细心，避免安装错误和松动现象。
    三、电抗器选择不当而烧毁。
    并联电容器用串联电抗器(电容电抗器)主要是为了降低电力电容器组在投切过程中的涌流倍数和抑制电网的高次谐波。如果电抗器参数选择不当，将使谐波放大，电抗器上的电流和电压增大，使铜导线过热，绕组上的绝缘层老化击穿，出现短路而烧毁。为了使电抗器在电网内充分发挥效益，要求用户首先做到较准确地选择电抗器的百分值。选择原则应该是使所在网络内占比例最高的谐波分量的相应总电抗值接近于零，也就是应该使该次谐波分量的感抗和容抗接近相等，则要满足关系式xL＞xc/n2：如系统中以5次谐波为主，则xL＞xc/52＝0.04xc；如系统中以3次谐波为主，则xL＞xc/32＝0.11xc。在实际应用中如主要为5次及以上的谐波，常选用电抗值为（5%～6%）xc 的串联电抗器(电容电抗器)；而如主要为了限制3 次及以上谐波，常选用电抗值为（12%～13%）xc 的串联电抗器(电容电抗器)。需注意是xc和xL不能恰好相等，以防产生电磁谐振，导致产生过电压。一般来说，选择电抗器的感抗较容抗稍大即可。这样既避开了谐振点，又抑制了谐波。因此，这就要求用户对所在网络含有的高次谐波分量的类型和数量有一个较详细的了解。需经过测试，获得有关谐波分量的参数。
    四、绕组匝间短路而烧毁。
    在电抗器生产过程中，由于铜导线绝缘介质破损或绕组缠绕过程中使铜导线绝缘介质破损，再经过在电路中长期运行，使局部绝缘介质严重破坏，导致局部匝间短路，形成大电流，绕组局部过热而烧毁。因此，无论在铜导线外观检查上，还是在绕组缠绕上，都要对铜导线仔细检查和缠绕，防止导线绝缘层破坏，出现匝间短路而烧毁。
    五、电抗器温升设计不合理而损坏。
    电抗器在温升设计时要考虑以下几方面因素：①绕组和铁心平均温升要符合标准，数值小于90 K。②要考虑绕组和铁心最热点温升，热点温升与绝缘材料的关系。③要考虑漏磁对电抗器的影响和整体结构对温升的影响。
    六、电抗器噪声过大而影响运行。
    电器设备的噪声是不容忽视的技术指标，铁心串联电抗器(电容电抗器)也不例外。中华人民共和国电力行业标准DL462－ 1992 对噪声有明确的规定，如表1 所示。

    噪声指标的高低标志着制造厂的设计能力和工艺水平。铁心串联电抗器(电容电抗器)噪声的主要噪声源是铁心，即硅钢片的磁滞伸缩受其材质及紧固铁心应力的影响，铁心中的磁通与流过绕组的电流之间是非线性关系，这种非线性感抗是由铁磁材料的性质形成的，而不是由热效应形成的。产品设计选择的磁通密度越高，噪声必然也就越大，高次谐波分量也就越多。对于带有气隙的铁心串联电抗器(电容电抗器)，每柱有若干个铁心饼，噪声指标就更显得重要了，所以有必要降低噪声，方法如下。
    1、硅钢片的材质是影响噪声的重要因素。可以从降低磁密来降低噪声，但要注意不要降低磁密太多，否则大大增加制造成本。一般磁密控制在0.8～1.2 T。还可以使用磁质伸缩小的优质硅钢片，降低产品的噪声。
    2、改进铁心的加工工艺及铁心组装工艺来降低产品的噪声。要求在铁心加工时硅钢片要平整，减少硅钢片边缘毛刺。在铁心组装时，冲片之间要压紧和把冲片用粘接胶或环氧胶黏结在一起，可降低噪声。
    3、增加绕组的散热风道，即增大散热面积，从而取消电抗器的冷却装置，也就消除了冷却装置带来的噪声。
    4、认真选取电抗器的电抗率和电抗值，也可降低电抗器运行中的噪声。当电抗器的电抗值选择不当，使部分高次谐波不能滤掉，铁心中主磁通发生畸变，电抗器噪声增大。所以要准确选取电抗器的电抗值，在生产中使电抗器的电抗值偏差在标准要求范围内。总之，如果噪声过大，会使紧固件断裂，铁心多点接地而温升过高，电抗器引线松动而烧毁等等不良后果。
    七、电抗器绝缘距离小而击穿。
    电抗器在设计时也要考虑绕组、进出引线等带电体与铁心、夹件等接地端和进出线端子间的安全距离。在中华人民共和国电力行业标准DL462－1992 对带电部分与地的电气距离有明确的规定如表2所示。

    在设计中如果绝缘距离达不到标准要求，电抗器在运行中就可能会出现带电体之间和带电体与地之间出现放电现象，经过长时间放电电抗器绝缘层就会被破坏，致使电抗器烧毁。
    经过对串联电抗器(电容电抗器)在电网中运行常见故障阐述，可以引起大家在生产和运行电抗器中质量的重视。在生产电抗器时通过设计和工艺保证产品质量；在电抗器安装和运行中要按照安装运行操作规程执行，避免运行不当而损坏电抗器。