電抗器廠家探討干式鐵心串聯電抗器損壞原因

   一、摘 要
   干式鐵心串聯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電抗器在電力系統中運行損壞的事故，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，干式鐵心串聯電抗器； 電容器； 諧波治理； 無功補償；   

    二、引 言
    在電力系統中，為了提高電力系統中的功率因數，常采用并聯電容器組來補償電力系統的無功功率。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電抗器，串聯電抗器與并聯電容器組串聯在一起投入電網運行，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。

    干式串聯電抗器一般分為干式鐵心串聯電抗器和干式空心串聯電抗器，干式鐵心串聯電抗器以其體積小、漏磁小的特點得到廣泛應用。電抗器的容量配置可根據所裝設的并聯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，以保證并聯電容器的安全運行。但是，在電容器組的實際運行中，經常會出現各種各樣的問題，文中選出具有代表性的事故進行分析，供相關從業人員借鑒。

     三、干式鐵心串聯電抗器事故現象
     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生單相接地現象，現場看到電容器組正常，電抗器前置，發現電抗器有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。經對產品進行嚴格檢查，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部時，發現澆注鐵心柱的樹脂已經開裂，另外的幾根螺桿也已經松動，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，所以沒有引起注意。是什么原因導致螺桿斷裂？根據值班人員調出的電抗器運行數據，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容方式，分為3個檔調節，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。裝置的容量轉換依靠1個三位置轉換開關。然而在實際接線時，發現在電容器組運行于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，電抗器本體的參數見表1。10kV 電容器組容量為4000kvar，其參數見表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，之所以產生如此大的振動，最大的可能就是在特定頻率下發生了諧振，從參數表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次諧波下的串聯諧振，這就造成了在很小的5次諧波電勢下，產生很大的5次諧波電流，造成諧波放大，引起電抗器鐵心的鐵磁諧振，這就是上述現象產生的原因。幸好電抗器是在低于額定電流狀態下運行，如果電容器組當時運行在6000kvar 的工作狀態，且電抗器實際接在240 kvar的檔位，估計電抗器在很短時間內就會燒毀，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象。

    根據以上分析，重新制作了拉螺桿發到現場，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電抗器損壞原因原因的總結
    從以上分析可以看出，對于這樣的可調容電容器組，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次諧波下的串聯諧振狀態下。此次出現這種情況是1個偶發事件，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。