鎮(zhèn)江供電公司 周 鵬 黃 濤 朱志華

一、故障現(xiàn)象

110kV團(tuán)結(jié)變10kVⅠ段電容器二160電抗器型號(hào)為CKSGQ-54/11/√3-4.5%，出廠日期為2005年1月，于2005-10-20正式投運(yùn)。其技術(shù)參數(shù)如下：額定容量54kvar，額定端電壓285.8V，額定電流63A，額定電抗率4.5%，額定電抗值4.537Ω。此電抗器于2011-04-14發(fā)生故障，電抗器A相線圈表面出現(xiàn)焦黃，為內(nèi)部急劇過(guò)熱所致。A相線圈已損壞，無(wú)法修復(fù)。

二、故障原因分析

10kVⅠ段電容器一、二（對(duì)應(yīng)150、160開關(guān)）主要對(duì)團(tuán)結(jié)變10kVⅠ段母線負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)團(tuán)結(jié)變線101、102電能質(zhì)量測(cè)試結(jié)果分析（見表1、表2），主要存在5、7次諧波分量，其中5次諧波分量較大，然后為7次諧波分量，3次諧波分量較小。5次諧波電流最大值有37.71A，7次諧波最大值有14.94A。5次諧波離允許注入系統(tǒng)母線的國(guó)標(biāo)值折算值53.39A已相差不遠(yuǎn)，說(shuō)明5次、7次諧波在本段電網(wǎng)中還是較嚴(yán)重的。因此選擇合理的電抗率對(duì)電容器組運(yùn)行時(shí)的諧波諧振發(fā)生會(huì)有較大影響。

表1 101開關(guān)電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表（電流）

表2 102開關(guān)電能質(zhì)量統(tǒng)計(jì)報(bào)表（電流）

根據(jù)提供的該段線路的最小短路容量266.95MVA，電容器組的容量1200kVar，在電抗率4.5%時(shí)，發(fā)生5次諧波諧振的機(jī)率較大，計(jì)算如下：Qc=Sd*(1/n2-A)，其中Qc—發(fā)生n次諧振的電容器容量M var；Sd—電容器安裝點(diǎn)的母線短路容量MVA；n—諧波次數(shù)；A—電抗器的電抗率。

計(jì)算：

此值已接近1200 kvar，當(dāng)母線短路容量更大一點(diǎn)時(shí)，5次諧波發(fā)生諧振的可能是非常大的。

諧振發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的諧波過(guò)電壓，過(guò)電流，使電容器的發(fā)生損壞，外熔斷器熔斷，電抗器因過(guò)電壓過(guò)電流產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)熱，損壞干式電抗器的固體絕緣，從而引起內(nèi)部短路發(fā)生，損壞電抗器。

根據(jù)團(tuán)結(jié)變線101、102電能質(zhì)量測(cè)試結(jié)果分析，系統(tǒng)本身的諧波也對(duì)電抗器正常運(yùn)行產(chǎn)生了影響。此電抗器為干式鐵芯電抗器，磁回路在電抗器的硅鋼鐵芯內(nèi)部，高次諧波對(duì)硅鋼片的渦流損耗是與f2成正比的，所以當(dāng)5次7次諧波較多時(shí)，電抗器的鐵損會(huì)放大許多。電流中諧波電流較大也會(huì)加劇電抗器的損耗，發(fā)生電抗器的過(guò)熱現(xiàn)象。

根據(jù)通常的濾波原理，當(dāng)LC串聯(lián)回路中，我們要求濾掉某次諧波時(shí)，則要求此回路的阻抗在某次諧波頻率下為0，即在此LC串聯(lián)回路中Xcn=XnL，其中Xcn=1/2πnfc；XL=2πnfL，Xnc-在n次諧波下的電容器阻抗；XnL-在n次諧波下的電抗器阻抗；Xc-在工頻下的電容器阻抗；XL-在工頻下的電抗器阻抗，則Xnc=Xc/n；XnL=XL*n，若Xcn=XnL，則Xc=n2XL，即XL/Xc=1/n2。此電容器組電抗器XL/Xc=4.5%=0.045，當(dāng)n=5時(shí)，等式二邊接近相等，也說(shuō)明此電容器組接近于一個(gè)5次波的濾波裝置，此電容器回路的阻抗對(duì)5次波接近于0，母線上的5次以上諧波都將于此電容器回路中吸收。故此電容器回路中的諧波電流將會(huì)是比較嚴(yán)重的。

當(dāng)此電容器組從一個(gè)補(bǔ)償裝置成為一個(gè)濾波裝置后，電抗器的性質(zhì)發(fā)生了變化，原先的串聯(lián)電抗器變成了濾波電抗器。從電抗器的設(shè)計(jì)上，補(bǔ)償電容器中用的串聯(lián)電抗器和濾波電抗器是不同的，濾波電抗器要充分考慮諧波的影響，要滿足諧波電壓和電流的要求，故在設(shè)計(jì)上鐵芯和導(dǎo)線都是有非常大的余量的，當(dāng)串聯(lián)電抗器用作濾波電抗器用時(shí)，鐵芯和線圈因諧波的原因會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱，損壞內(nèi)部絕緣，過(guò)早地發(fā)生電抗器損壞。

團(tuán)結(jié)變10kVⅠ段電容器二160電抗器CKSGQ-54/11/√3-4.5%，本身是2005年出廠的產(chǎn)品，繞制工藝為包繞式，用浸過(guò)樹脂的玻璃絲和導(dǎo)線一起纏繞而成，經(jīng)高溫固化成一個(gè)整體。內(nèi)部層間為B—F級(jí)的絕緣紙。耐熱等級(jí)一般只有B級(jí)，能承受不高于70K的溫升（加環(huán)境溫度一般不超過(guò)100℃），此電抗器已使用了6年多，在此使用過(guò)程中肯定經(jīng)受了長(zhǎng)期的高溫，內(nèi)部絕緣已受損傷。當(dāng)電容器投切操作或諧振過(guò)程中受到高電壓沖擊時(shí)，引起絕緣徹底損壞而擊穿，引起層間導(dǎo)線的短路，從而產(chǎn)生高溫，表面焦黃，線圈已損壞，無(wú)法修復(fù)。

三、結(jié)論

根據(jù)分析結(jié)果，決定更換電抗器，并把電抗率改為5%，以避免電容器組與母線容量的諧振，遠(yuǎn)離5次波的諧振點(diǎn)，避免使電容器組成為5次波的完全濾波通道，延長(zhǎng)電容器，電抗器的使用壽命。

[1]邱關(guān)源.電路[M].北京:高等教育出版社,1989.

[2]本書編委會(huì).電抗器設(shè)計(jì)計(jì)算與管理制度及預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊(cè)[M].北京:北方工業(yè)出版社,2007.

[3]GB10229－1988,電抗器[S].