從電抗器作用分析因容量不匹配對電抗器的影響

      摘要：通過現場的實例分析，由于電容器與電抗器容量的不匹配，造成了電抗器的燒毀，對此進行了詳細的分析。

　　關鍵詞：電抗器，電容器，電抗器作用，容量匹配，匝間絕緣
　　
      1、事故情況
　　2011年7月底某寧夏某合金企業110kV變電站低壓10kV 側無功補償7200 kvar電容器組所用串聯電抗器B相線圈燒毀，配套的電抗器型號為CKGKL—144/10—12。經現場檢查分析后主要是用戶不遵守補償原則隨意改動容量所致。
　　
      經查記錄，2011年7月用戶因用電設備的容量擴大，導致功率因數由0.92在負荷大時變為0.83，經計算，要達到國家標準要求不致罰款并投資最小，用戶將3600 kvar擴裝為7200 kvar，經試投運行功率因數符合了要求達到了0.98。7月26日9點正式投運，12時30分發現電抗器B相起火，拉閘停運分析問題。
　　
      本臺燒壞的串聯電抗器總容量為432kvar（三相），接在電源側，電抗器位于電容器組的前側，經現場查看，并聯電容器的容量為7200kvar，系統主要消除3次為主的諧波。
　　
      2、串聯電抗器容量的選擇原則
　　串聯電抗器與并聯電容器組相串聯，主要作用是為了限制合閘涌流和抑制系統中的諧波。
　　
      電抗器的電抗率為電抗器的額定電抗與之并聯的電容器組額定容抗的百分比值，即電抗器容量與電容器組容量的百分比值（K=XL/XC）。其選擇的原則是使系統中占比例最高的諧波分量的總電抗值接近于零，即使占比例最高的諧波分量的感抗接近于容量。但為避免電磁諧振導致產生過電壓及容性阻抗高次諧波放大現象，電抗率就滿足下式：
　　K=XL/XC K>1/n2
　　式中 XL：電抗器的額定感抗，
　　XC：電容器的額定容抗，
　　n： 占比例最高的諧波次數
　　圖示為電抗器損壞照片
　　例如：當n=3時，k>0.11；當n=5時，k>0.04。如為了限制3次以上的諧波，電抗率一般選取12%，13%；如為了限制5次以上的諧波，電抗率一般選取4.5%，5%，6%。
　　
      3、原因分析
　　3.1電容器、電抗器的容量確定
　　當并聯電容器的容量為7200kvar，而系統中主要為3次諧波，如選用12%的電抗器，與電容器匹配的電抗器容量應為 7200 kvar *12%=864 kvar（三相）。而現場的電抗器容量為432 kvar ，小于與電容器匹配的電抗器容量864 kvar。
　　
      3.2實際流經電容器組的額定電流
　　IE=UE/（ XC —XL）
　　式中 UE：10kV系統的額定相電壓，
　　按10.5kV計算
　　XL：電抗器的感抗， 總容量為432kvar電抗器的額定感抗為4.8Ω
　　XC ：并聯電容器的容抗，7200kvar電容器的額定容抗為20Ω。
　　經計算IE=399A。
　　
      3.3電抗器繞組的平均溫升TM
　　TM=TM0（N2）0.8式中 TM0：電抗器的設計溫升N：實際流經電容器系統的電流與電抗器額定電流的比值。
　　
      按DL462—1992、JB5346—1998的標準，空芯電抗器B級絕緣的平均溫升為75K，CKGKL—144/10—12的額定電流為174A，繞組的設計平均溫升為70K，在與7200kvar電容器相串聯時，流經電抗器的額定電流為399A，此時N等于2.3，此時的繞組平均溫升會大幅度增加。此時繞組的平均為316K.
　　
      3.4分析
　　由于電抗器的繞組溫升達到了316K，現場環境溫度為35℃，此時繞組的平均溫升約281K，繞組上部溫度會更高，按照電力部DL 462—1992和機械部JB5346—1998中的標準，B級絕緣等級的溫升只有75K， 此時的溫升遠遠大于B級電抗器所能承受的能力。匝間絕緣損壞后就會引起電抗器燒毀。
　　
      在如此高的溫度下繞組絕緣逐漸損壞，導致匝間耐受電壓降低，在匝間形成短路，短路導致溫度進一步升高引起繞組絕緣燃燒。
　　
      4、結束語
　　此次事故是由于電容器組和串聯電抗器的容量不匹配才造成了電抗器的損壞。再者由于電抗器的電抗占到整個系統的百分之幾，不能超過系統的整定能力，因此電抗器出現事故后整個系統還繼續運行，所以在日常的檢修過程中應不斷加強。