高压并联电容器组运行时干式铁心串联电抗器产生故障的原因及避免措施.docx

《高压并联电容器组运行时干式铁心串联电抗器产生故障的原因及避免措施.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压并联电容器组运行时干式铁心串联电抗器产生故障的原因及避免措施.docx（10页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、高压并联电容器组运行时干式铁心串联电抗器产生故障的原因及防止措施 在电力系统中，普遍安装有大容量高压并联电容器无功补偿装置，以补偿系统感性无功，提高功率因数，传输更多的有功，改善用电质量。 为了抑制电力网内的高次谐波进人电容器，防止被极度放大(谐振)，以及限制电容器组投人时的电流冲击，在其补偿主电路中都串有电抗器。 电抗器按冷却方式可分为干式自冷电抗器和油浸自冷电抗器，按结构形式可分为铁心电抗器与空心电抗器，按电抗器线圈制造工艺可分为缠绕浸渍式和树脂浇注式。 在当前IOKV至35KV电力系统中，户外并联电容补偿装置中多为串联电抗器，露天安装。户内并联电容补偿中几乎都用串联电抗器。因为同容量，同

2、电压等级的铁心电抗器体积比空心电抗体积小得多，除电磁噪声上，空心电抗器比铁心电抗器要小外，其他方面并不逊色。因而在l OKV至35KV电力系统中特别是lOKV这级电压，铁心电抗器大量地使用着。 在并联电容器补偿装置中的电抗器与电容器一样，对过电压、过电流是十分敏感的器件，因使用不当、运行条件不好、运行管理不过硬，加之近年来市场上的恶性竞争，某些厂家不遵循电抗器行业标准，肆意降低产品设计、工艺技术要求，追求单位最大利益，造成产品质量参差不齐，铁心电抗器故障频发甚至烧毁的事故，给用户带来很大损益，给电网平安运行造成威胁。 基于以上原因，我们多年来密切关注铁心电抗器的故障，关心自己也关心同行的产品，

3、对故障产生的电抗器的工作状况进行了分类研究，并通过对用户，供电局的调访，分析事故原因，查阅资料，模拟仿真，总结出了铁心电抗器在产品设计，制造工艺，材料选用等多方面确保产品质量的措施，提高了产品质量，使用户放心。1.1.电抗器铁心温度过高、过热 在行业标准中，对铁心及其相邻的材料温升限值，没有具体的数值规定，只标明“在任何情况下，不会出现使他们受到损害的程度(1)。给不注重产品质量的厂家有了说词，例如，相邻绝缘材料耐热等级为B级，而铁心温度达11090，我们认为过高，它的铁心柱，铁饼的温度将更高，对垫在铁饼两端的绝缘材料是很不利的，缩短了产品寿命。 铁心温度高的原因一般有两个，一是运行时系统中的

4、谐波电流通过串联电抗器使铁心损耗加大而发热，二是铁心设计与制作上采用了质次价廉的劣质硅钢片，铁损较大，损耗超标，温度过高。这大量消耗了电能与国家节能降耗，推广节能产品的意愿是背道而驰的。 在行业标准中，对铁心电抗器绕组，根据选用绝缘材料的耐热等级规定了相应的温升数值，电力行业标准比机械行业标准这项要求要严川，温升高的原因大体有两个，一是运行方面，二是设计制造方面。根据我们调访与观察认为，根本上是设计与制造问题。 有的厂家有意或无意混淆了，铁心电抗器与干式自冷变压器，温升限值时试验电流的条件。以此来忽悠用户、使用单位。干式自冷变压器的温升是在变压器额定电流下进行温升测试的，而干式铁心电抗器，按电

5、抗器定电流下进行的。有的厂家为了市场份额，肆意改为1.05或1.15叹额定电流下温升。这样当电力系统供电电压稍高或系统无功过补，或电力系统谐波进人电容器与电抗器时，使线圈损耗增加，温升上升，过高现象便呈现出来。温度过高绝缘材料老化加快，降低了绝缘耐电压能力长期积累甚至烧坏线圈。 电抗器噪声在行业标准中按电抗器容量大小有明确规定:由于电抗器声级测量要屏蔽背景噪声，一般制造厂都没有测试条件。机械行业标准列为特殊试验。电力行业标准列为出厂试验。据了解多数厂家产品出厂不作噪声试验，故很多产品现场运行噪声很大，对运行环境，值班巡检人员心情都有影响。 致使串联电抗器噪声大原因主要有两个方面:设计和制造工艺

6、。当设计上选用了劣质的硅钢片材料，甚至是回收利用的材料作铁心。材料本身磁致伸缩量大，残存机械应力大，噪声自然大。中选取的工作磁通密度高，铁心结构尺寸不适宜，以及铁心自振频率的选取都影响噪声的大小。工艺上主要是铁芯片的冲剪，铁芯搬运中的不文明不标准动作。铁心柱叠装，铁心饼叠装的捆扎力不适宜，加工过程中铁心片绝缘膜的保护部到位，铁饼气隙固定不良，都会增大噪声。电抗器的运输，安装过程中的不文明不标准的动作，也会增大噪声。但在安装到位后通过适当调整可以大局部纠正过来的。概括起来铁心电抗器噪声大主要是制造厂工作不到位的问题。 电抗器运行过程中线圈匝间或层间短路，往往发生在高压并联补偿装置投人或分闸的短暂

7、时间内.投人瞬间产生的过电流和过电压冲击，使绕组绝缘破损形成匝间或层间短路，线圈少数高压断路器或接触器分断电容补偿柜装置瞬间产生过电压，以及断路器接触器质量不过关，分断后的两相重燃产生更高的过电压，使串联电抗器器绕组层间或匝间绝缘遭到很大损害，由于电源已经切断故障没有呈现出来，如果停机后运行值守人员巡视时没有检查出来，待第二次投人时电抗器线圈层间或匝间绝缘损坏就会暴露出来，烧毁线圈，这种故障事例为数不少，分析故障时往往造成误判，是电抗器故障里最严重的一种.对无人值守的变电站和配电室应引起足够重视。2.高压并联电容装置，投入与切除时，产生的过电压与过电流 电容补偿装置投人时的瞬变过程，从理论上讲

8、就是R, L, C电路接通交流正弦电路的过渡过程，如图一所示，这个在电工原理教科书上有详细推导，这里只引用其结果，并作适当的简化 合闸涌流5.47Im很大。频率fn=4.47 x 50=235Hz，投人瞬间电抗器两端电压很高，接近电源电压，故电抗器铁芯迅速饱和，电抗急剧下降，合闸涌流将大大超过5.47Im。而fn也将大大超过235Hz。大电流、高频率的合闸涌流对电抗器绕组绝缘有损害，如果频繁投人与退出、累积效果将造成电抗器匝间与层间绝缘破坏，甚至短路而烧坏线圈。在串联电抗器行业标准中规定在1.8倍额定电流下的电抗值与额定值之差应不超过一5%，就顾及到了这种情况，使合闸涌流不致于过大，然而根据笔

9、者多年观察，许多设计与制造的电抗器厂家定型试验产品到达了这个要求，而实际平常供货的产品离这个要求很远，盲目追求单位经济利益不在少数。 同时合闸过程中也存在着合闸涌流中的谐波放大。这是因为合闸过程中电抗器两端的电压由很高逐渐衰减到他的额定电压，其铁心磁通密度由深度饱和值，退变到额定值，它的电感由很小(不会小于其空心线圈电感)变为额定值。从回路固有频率。0或称谐振频率是由高向低变化的，逐渐回到电源角频率。，如果电力系统中存在着高次谐波，合闸过程中有可能将这些谐波中的某一次进行高倍率的放大或形成串联谐振。谐振的后果是使电容器上，电抗器上产生很高的过电压，遭受谐波电流的冲击，造成很大的伤害，在现实电容

10、补偿装置运行中确实存在这样的事例，并有单位篡取了合闸过程中某次谐波放大产生的过电压波形30开关(接触器)主触头弹跳引起的过电压 真空开关是两平面电极压紧接触完成合闸过程的。正因为如此，它在合闸过程中形成弹跳几乎是必然的，而弹跳过程如果将其放大来看，它就是一个合*分*合的过程。开关合之前电容器上的电压为0，合闸瞬间，电容器上充电，具有初始电压，分开后电容器上电荷来不及放掉，接着第二次合闸，这样相当于电容器带电合闸。以这个概念列电路数学方程，以最大值出现为条件，可求得过电压倍数为2-3倍。如此高的过电压，对电容器与电抗器的绝缘是有危害的。新标准中要求开关合闸弹跳时间小于2ms，如果生产厂家确实能做

11、到，那么过电压倍数就会降低很多4j0平波电抗器3.高压真空开关(接触器)分闸重燃产生的过电压 有文献指出开关分闸时也存在弹跳毛病，一般是由操作机构调整不当引起，不具备普遍性，这里不作讨论，现只谈电路方面。 当开关分断三相电容电抗电路时，三相不可能同时熄弧，如果某一相首先熄弧，另外两相延时同时断弧，这样三相电容器每相电容器上都有残存电压，假设没有立即衰减，真空开关两极间就有高电压出现，一但某一相重燃，瞬时叠加在其他两相端口电压就会立即上升(当并联补偿装置三相接成星形，中性点不接地时)，可能导致断口重击穿，这就是所谓的两相断口重燃现象。由分析可知，两相重燃，它相当于两相电容器串联电抗器接通交流线电

12、压的电路状态如图二所示5 忽略回路电阻，列回路性能方程式，将电容器Ca与Cb的初始电压(r-o时电容器上残存电压)数值带人，求出电容器上电压，电抗器上电压，回路电流的表达式并求最大值得出: 电容器上电压为2.73UC-3.10UC UC电容器上的相电压 电抗器上的电压为26.SULH ULH为电抗器两端的额定电压 过电流倍数8-12Im Im为电容器每相额定电流 可见分闸时，两相重燃电容器和电抗器上电压相当高(指一次两相重燃)重燃是一个短暂的过程，重燃前电抗器已经在工作，一般处于热稳定状态，重然时电流很大，此时电抗器电阻比冷态时大很多，重燃时电抗器两端电压很高，电抗器铁心处于深度饱和状态，电感

13、很小，故回路阻尼系数很大，回路固有角频率很高，电流、电压衰减很快，因此电容器、电抗器受到一个频率较高的短暂时间的冲击电压与电流，它对两者绝缘介质是一个严重的危害，往往对电抗器线圈绝缘是一个致命的损害(如果没有切实的保护的话)o平波电抗器 重嫌分单相重嫩，两相重燃及多相重燃，多相重燃几率很小，单相重燃危害小，所以人们最关心的是两相重燃，文献指出真空断路器的重燃率为1.13%一1.91%0 s有的较大为3%一6%0有的学者把重嫌分为两类:正常重燃与非正常重燃。正常重燃是由真空开关机理上的问题所引起的，它很难做到无重燃的，通常这种重燃概率一般小于0.1%，它是真空开关所特有的间题。非正常重撤，那么重

14、嫌概率高，它常常同真空度的破坏，电极材料的缺陷，制造工艺的不完善，开关的承载能力，操作规程执行不严细等因素有关，减小这类重燃的关键是开关的选型和挑选适宜制造厂家的产品604.高压并联电容补偿成套装置中电抗器的保护缺失。 串联电抗器是高压并联电容补偿装置的重要组成局部，然而，电容补偿装置设立的一系列保护，均以保护电容器本体出发，对电抗器保护不是灵敏度不够就是处于保护死区，甚至不起作用，分析如下:平波电抗器 (1)过电流与速断保护对电抗器不起作用 补偿装!主回路电流IC由下式表述k)X=一us (1- 式中Us为电源相电压，XC为电容器组每相容抗，k为电抗器电抗百分率，当电抗器线圈一旦出现匝间(或

15、层间)短路，产生大电流，该电流建立的磁通使铁心磁密升高，电抗器电感很快下降，电抗率K降低，此时IC不但不升反而下降，因此作为对电容器的过电流和速断保护，无法起到保护电抗器的作用。 (2)开口三角形保护难以保护串联电抗器故障 在单星形接线的电容器组中，当某相电抗器发生故障时，该相电抗就会减小，此时会引起三相回路阻抗不平衡，中性点电位发生偏移，开口三角形就会出现零序电压，这个电压比起为保护电容器而设置的动作电压小得多。可以计算出对电抗率6%及以下的电抗器故障，保护是不会动作的，对于电抗率为12一13%的电抗器故障动作不灵敏，即时动作了电抗器已频临短路，甚至处于保护死区。平波电抗器 (3)合闸涌流对

16、短延时电流速断是不动作的，并有意避开它，因为他作为电容器前端回路引线相间短路而设立的，在时间上稍长于合闸涌流时间。所以在合闸过程中电抗器深度饱和，谐波放大引起的冲击式过电流短延时速断保护没起作用。除非合闸涌流相当大。很不正常。 (4)过电压、欠电压对电抗器都不起作用。进线电抗器 电容器过电压、欠电压保护均接在母线电压互感器上，检测的是电源电压，电抗器发生故障，其两端电压减小甚至为0，此时电容器两端电压有所提高，母线电压也不会有多大变化，过电压、欠电压保护都不会动作。 (5)开关分闸时二次重燃，在电容器两端和电抗器绕组两端都有很高的过电压，如果电容器两端接有避雷器，过电压得到抑制，但电抗器上的过

17、电压没有释放的地方，全由电抗器本身的绝缘承当。 (6)时下许多并联电容器微机保护，没有设置针对电抗器的保护工程，没有合闸过程，开关重燃过程的监测、显示与过渡过程的波形存储、监控。这是一个很大的缺失，使造成电抗器绕组绝缘损坏的许多因素没有及时暴露，得到纠正，任其危害，最终造成电抗器损坏。 十几年以前，浙江电力研究所的同志就著文“关于并联电容器用串联电抗器的保护问题，从理论与实践上深刻揭示了串联电抗器保护的缺乏，并提出了很好的设想，时至今日众多并联电容器补偿装置制造厂家的产品，电抗器依旧处于无保护下的运行状况(7 )o进线电抗器 为了使电抗器线圈免遭过电压与过电流的危害，以及当电抗器线圈损坏后防止

18、事故扩大后酿成大害，对电抗器建立平安运行措施是十分必要的。 户内安装的高压并联电容器补偿装置，在靠近电容器线圈的地方，装设具有高灵敏度的烟火报警器，一但电抗器发生线匝短路，产生大电流，将绝缘损坏，并出现烟气或烟火时，报警器动作，报警并切断补偿装置电源，使烟气衰减，烟火熄灭，防止事故扩大，发生火灾，这对无人值守的变电所尤为重要。进线电抗器 采用专用的电压互感器跨接于电抗器的两端，检测端电压的变化，并将信号送给微机保护装置，让其记录.存储，可以查阅判断运行状况，如电压过高或过低，发出动作信号，切断补偿装置电源。为节省本钱，节约空间，也可在与电容器并联的放电线圈设置第二副绕组，检测电容器端电压，它也

19、间接的反映了串联电抗器的端电压。 取通过并联补偿装置电容器和电抗器的电流信号，送到微机保护装置中，记录与存储，从而查看合闸涌流，合闸过程中谐波是否被放大或使主回路发生谐振，以及开关分闸是否有两相或多相重燃发生，及发生时冲击电流大小。 阻尼放电器是当电抗器上电压高到某一设定值时，放电间隙G被击穿，电抗器放电通过串联的电阻R限流，随着放电进行，电抗器储藏能量减少，两端电压降低，放电间隙恢复成绝缘状态，终止放电，全部电流通过电抗器至正常运行状态。阻尼放电器能有效地抑制合闸过程中的合闸涌流及开关分断时发生两相重燃产生的过电压与冲击电流，保护了串联电抗器与电容器。 不过放电器的电阻选择与电容补偿装置及系

20、统参数有关，有一定难度，既要体积小，瞬间能通过大电流，又不要过热，特别是放在室内的串联补偿装置中，难有成品电阻可选，而成为非标器件。同时放电间隙也要随着系统运行时间，放电次数多少做些微调，不利于推广。进线电抗器 据文献报道，目前由南方电网科学研究所、西安交通大学、陕西电力科学研究院和郑州电业局等几个单位正在研究一种结构新颖的、专用于投切电容器组的真空断路器，已经做出了产品，做了些试验。 据悉样机产品性能良好，较好地解决了抑制合闸涌流及分闸重燃时产生的过电压、过电流问题。从图中可以看出，它的根本原理是:电容器组投人时辅助开关触点QF2先合，串人电阻R限制了合闸涌流，经过t时间后，涌流衰减到一定程

21、度主开关触头QF 1接通，QF2限流触点回路被旁路进人正常运行状态;电容器组退出运行时，主开关触头QF 1先断开，辅助触点QF2与电阻R串人电容器组回路中，经t后，QF2断开，限制了断口的恢复电压，使两相重燃不会发生。 假设能付诸实践，上面所陈述的对串联保护设施有些可以简化有的可以免去，经济效益是很好的。 (1)铁心电抗器运行中的铁心温度过高，线圈温度过高、噪声过大。根本上是设计问题、工艺问题和产品采用材料问题。我们通过精心设计、精心设计、精心施工、严格选用材料。完全按照行业标准对电抗器进行出厂质量检查当标准，使用电容补偿装置时，上述问题是不会出问题的。 (2)对本文分析的破坏串联电抗器绕组绝

22、缘的各种因素，作了深人研究，在电抗器线圈绝缘设计上作了细致的计算，采用优质的材料，加大平安系数，在制造工艺方面、每个环节上(绕线、绝缘处理、树脂浇注、树脂配方等等)都有严格的规定和技术要求，让产品能耐受那些过电流、过电压的冲击。在成套装置设计上与电力设计单位协商完善保护措施，使产品平安运行。 (3)选择性能优良的真空断路器(真空接触器)作为电容器装置的投切开关，要求分、合闸时不弹跳，分、合闸时三相同期性好，分闸时不重燃(即非正常重燃概率很小)，国内知名厂家，生产条件好且经过了老练的产品。进线电抗器 这样一来显然大大地增加了本钱、极大的压缩了利润空间，在市场经济充满不规那么竞争的今天，无疑把自己

23、推向了很不利的一面，然而这是降低电抗故障率，使电容补偿装置正常运行的一个有效地举措，这些措施经过很长时间的运行实践，出厂众多大大小小的电抗器历经多少次的投切考验，没有听到用户反映串联电抗器出故障，线圈烧毁的信息。证明这些举措是可行的。参考文献 1 DL462-92高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件JB/T 5346-1998中华人民共和国机械行业标准串联电抗器 2机械工程手册编委会电机工程手册第2篇电工根底北京机械工业出版社1982年 (3陆培钧、黄松波、严飞、倪学锋等干式铁心串联电抗器运行中的特殊问题变压器2021年10月 (4田友元(东北电业管理局)并联电容器操作过电压问题电力电容器1995年第4期 5徐邦兴(武汉供电局)真空开关切断电容器组时的重燃现象高电压技术1983年第2期 (6】张华嵌(南方电网科学研究院)，杨兰均(西安交通大学)，李良书(陕西西电科学研究院)等，投切电容器组专用真空断路器性能研究，电力电容器与无功补偿2021年第三期 (7杨昌兴，华水荣，关于并联电容器用串联电抗器的保护间题 电力电容器2001年第一期 (8韩彦华，石少敏，王森，投切并联电容器过电压研究电力电容与无功补偿2007年第一期