电抗器作用、运行维护与故障分析

电抗器作用、运行维护与故障分析

电抗器和电容器串联后构成谐振回路，起到消谐或滤波的作用，而电抗器在谐振回路中起的作用如下：

1.1降低电容器组的涌流倍数和涌流频率。

降低电容器组的涌流倍数和涌流频率，以保护电容器和便于选择配套设备。加装串联电抗器后可以把合闸涌流抑制在1+电抗率倒数的平方根倍以下。国标GB50227-2008要求应将涌流限制在电容器额定电流的20倍以下(通常为10倍左右)，为了不发生谐波放大（谐波牵引），要求串联电抗器的伏安特性尽量为线性。网络谐波较小时，采用限制涌流的电抗器；电抗率在0.1%－1%左右即可将涌流限制在额定电流的10倍以下，以减少电抗器的有功损耗，而且电抗器的体积小、占地面积小、便于安装在电容器柜内。采用这种电抗器是即经济，又节能。

1.2与电容器组构成全谐振回路，滤除特征次谐波。

串联滤波电抗器感抗与电容器容抗全调谐后，组成特征次谐波的交流滤波器，滤去某次特征次谐波，从而降低母线上该次谐波的电压畸变，减少线路上特征次谐波电流，提高网络同母线供电的电能质量。

1.3与电容器组构成偏谐振回路，抑制特征次谐波。

先决条件是需要清楚电网的谐波情况，查清周围电力用户有无大型整流设备、电弧炉、轧钢机等能产生谐波的负荷，有无性能不良好的高压变压器及高压电机，尽可能实测一下电网谐波的实际值，再根据实际谐波成分来配置合适的电抗器。

1.4提高短路阻抗，减小短路容量，降低短路电流。

无功补偿支路前置了串联电抗器，当出现电容器故障时，例如电容器极板击穿或对地击穿，系统通过系统阻抗和串联电抗器阻抗提供短路电流，由于串联电抗器阻抗远大于系统阻抗，所以有效降低了电容器短路故障时的短路容量，保证了配电断路器断开短路电流可能，提高了系统的安全、稳定性能。

1.5减少电容器组向故障电容器组的放电电流，保护电力电容器。

当投运的无功补偿电容器组为多个支路时，其中一组电容器出现故障时其它在运行的电容器组会通过故障电容器放电，串联电抗器可以有效减少这种放电涌流，保证保护装置切断故障电容器组的可能性。

1.6减少电容器组的投切涌流，降低涌流暂态过程的幅值，有利于接触器灭弧。

接触器投切电容器的过程中都会产生涌流，串联电抗器可以有效抑制操作电流的暂态过程，有利于接触器触头的断开，避免弧光重燃，引起操作过电压。降低过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或绝缘老化。

1.7减小操作电容器组引起的过电压幅值，避免电网过电压保护。

接触器投切电容器的过程中都会产生操作过电压，串联电抗器可以有效抑制接触器触头重击穿现象出现，降低操作过电压的幅值，保护电容器，避免过电压击穿或加速绝缘老化。

案例

干式空心电抗器由于维护工作量小、有利于环保和不易发生相间短路故障等优点, 近年来广泛应用于35~ 220 kV城、农网改造中。它相比于并联干式电抗器, 串联干式电抗器出现的问题较少。但是, 近年来, 由于产品材质的问题干式空心串联电抗器的故障也是时有发生[ 1 5] , 应当引起相关运行维护部门的重视。2010 年江西省某220kV 变电站连续发生了2起同一型号批次的10 kV干式空心串联电抗器烧损的事故。

1 故障情况

2010年3月江西省某220 kV 变电站, 在投入2#并联电容器组约10 m in后, 运行人员发现2#并联电容器组的串联电抗器冒烟起火, 随后立即切断电源, 将2#并联电容器组退出运行。经现场检查发现, 该电抗器组B 相电抗器的第1、2、3层包封(由内往外数)的上半部分已烧损, 第1层包封烧损最为严重, 起火点存在明显的鼓包现象。2010年10月该变电站在投入1#并联电容器组约10m in后, 运行人员发现1#并联电容器组的串联电抗器冒烟起火, 随后立即切断电源, 将1#并联电容器组退出运行。经现场检查发现, 该电抗器组C相电抗器的第1、2、3层包封的上半部分已烧损, 第1层包封烧损最为严重, 起火点也存在明显的鼓包现象。烧损的干式空心串联电抗器的型号均为CK GKL - 150 /10 - 6, 线圈材质为铝, 额定容量150 kvar, 电抗率6%, 额定电感3. 082 mH, 额定电流393. 6 A, 三相叠装, 出厂日期为2005年6月, 投运日期为2006 年5 月。

从烧损的情况来看, 2组烧损的电抗器存在诸多共同点: 故障均发生在投入电抗器后不久; 烧损的部位均为内部第1~ 3层包封的上半部分; 烧损的地方均有一定程度的鼓包现象。该型号批次的电抗器在江西省的其他地方仍有多台在运行, 因此, 必须搞清楚这2起故障的原因, 并予以改正, 避免事故的再次发生。

2 故障原因分析

2. 1 谐波分析

该变电站10 kV并联电容器用的串联电抗器选用的是6% 的电抗率, 从理论上来说3 次谐波是零序分量, 通过变压器低压侧三角绕组接线能将其封闭, 使系统不受其影响。因此, 在设计中往往采用6%的电抗率来抑制五次及以上谐波分量对电容器的影响。但随着电力电子技术的飞速发展, 各种非线性负荷设备越来越多的应用在电网中, 高次谐波对电网的影响也越来越大, 变电站10 kV 母线侧也频繁出现了多次3次谐波污染的事故[ 6 11] 。因此, 如果系统中3次谐波含量超标,就要选用12% 的电抗率。由此可知, 应对该变电站10 kV 母线的谐波进行测试, 以判断电抗率选取的正确性。该变电站10 kV两段母线分别接4台并联电容器组, 没有带其他负荷, 故障段母线谐波测试的结果表见1。从表中可知, 10 kV 故障段母线各次

谐波电压均在国标限值内, 不存在谐波污染的问题, 电抗率的选取符合要求。

表1 10 kV 故障段母线谐波测试结果

Tab. 1Harmonic test results of 10 kV busbar w ith faulty sect ion

谐波次数2 3 5 7 9 11 13 15 THD

实测值/% 0. 160 1. 978 0. 166 0. 280 0. 150 0. 180 0. 170 0. 072 2. 023

国标限值/% 1. 6 3. 2 3. 2 3. 2 3. 2 3. 2 3. 2 3. 2 4. 0

是否超标否否否否否否否否否

2. 2 电抗器运行情况分析

该型号的电抗器的额定电流为393. 6 A, 2次故障时的电流分别为432. 66 A 和416. 72