無(wú)功補(bǔ)償裝置干式空心電抗器溫升原因及對(duì)策措施

（珠海萬(wàn)力達(dá)電氣股份有限公司，廣東 珠海 519000）

無(wú)功補(bǔ)償裝置干式空心電抗器溫升原因及對(duì)策措施

高 靜

（珠海萬(wàn)力達(dá)電氣股份有限公司，廣東 珠海 519000）

近年來(lái)，電力系統(tǒng)損耗問(wèn)題日益突出，由于無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)于電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要作用，因此，無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合實(shí)例，針對(duì)干式空心電抗器溫度偏高的原因進(jìn)行了分析，并提供了減小補(bǔ)償容量和減小串聯(lián)電抗率的對(duì)策措施以期指導(dǎo)實(shí)踐。

無(wú)功補(bǔ)償裝置；干式空心電抗器；溫升；補(bǔ)償容量；串聯(lián)電抗率

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)供電的可靠性和供電質(zhì)量提出了更高的要求的同時(shí)，電網(wǎng)節(jié)能降損工作的開(kāi)展同樣受到廣泛關(guān)注。無(wú)功補(bǔ)償對(duì)提高系統(tǒng)電壓水平、降低線(xiàn)路損耗、改善功率因數(shù)、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定起著十分重要的作用。而干式空心電抗器是無(wú)功補(bǔ)償裝置中廣泛應(yīng)用的重要設(shè)備之一，主要用于補(bǔ)償容性電流、限制合閘涌流與短路電流、濾波、平波等作用。但在應(yīng)用過(guò)程中，干式空心電抗器也出現(xiàn)不少問(wèn)題，如電抗器溫度過(guò)高的問(wèn)題，直接影響著設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，必須針對(duì)存在的問(wèn)題采取相應(yīng)的對(duì)策措施，以保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 工程概況

該工程屬于戶(hù)外框架上的電容器成套裝置，有6kV的高壓電容器并聯(lián)而成，每一個(gè)電容器的容量高達(dá)334kvar，這些容量綜合起來(lái)后該系統(tǒng)的總補(bǔ)償容量高達(dá)6012kvar。系統(tǒng)的額定電流是503.52A。整個(gè)成套裝置主要有三個(gè)6kV的母線(xiàn)，在這些目前下面分別設(shè)置有一個(gè)用于防止電纜燒毀的限流電抗器，具體結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

為了能夠準(zhǔn)確了解該裝置，在安裝調(diào)試過(guò)程中，工作人員就應(yīng)該對(duì)該裝置進(jìn)行紅外線(xiàn)測(cè)溫處理，測(cè)試結(jié)果顯示該成套裝置內(nèi)部的電抗器常規(guī)溫度是46℃。通過(guò)該系統(tǒng)上的瞬間電流剛開(kāi)始時(shí)是556A，在逐步穩(wěn)定后平穩(wěn)處在520A。

2 工程問(wèn)題

該工程裝置的所有設(shè)計(jì)、調(diào)試以及安裝的都是根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求進(jìn)行操作。但是在實(shí)際調(diào)試中還是存在一下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）該工程的瞬間電流雖然能夠從一開(kāi)始的556A轉(zhuǎn)變?yōu)?20A，且長(zhǎng)期處在520A這個(gè)值內(nèi)，但是盡管如此這個(gè)值還是與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的503.52A額定值有一定的差距。

（2）該成套裝置的電抗器雖然正常情況下處于46℃，對(duì)于通電設(shè)備來(lái)說(shuō)比較正常，但是按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)判斷還是屬于偏高溫度。

3 溫升原因分析

3.1 限流電抗器對(duì)系統(tǒng)的影響

影響主要有兩點(diǎn)：抬高電壓和減少補(bǔ)償容量。該系統(tǒng)在剛剛運(yùn)作時(shí)其原始電抗率一般是6%，且能夠?qū)?次諧波起到濾除作用。但是，若在不斷運(yùn)作后限流電抗器發(fā)生作用，那么系統(tǒng)的電抗率就會(huì)從原來(lái)的6%下降至3.268%。這種情況下，系統(tǒng)以及電容器的電壓都會(huì)被直接影響，有被抬高的危險(xiǎn)。另外，該成套系統(tǒng)的原始總補(bǔ)償容量是6012kvar，這個(gè)值是在沒(méi)有受到其他因素影響的情況下，但是一點(diǎn)限流電抗器發(fā)生作用，那么整個(gè)系統(tǒng)就需要使用一點(diǎn)的補(bǔ)償容量對(duì)限流線(xiàn)扛起的感抗進(jìn)行消除，如此一來(lái)其補(bǔ)償總量也勢(shì)必會(huì)開(kāi)始減少。

圖1 電容器組裝置及限流電抗器接線(xiàn)方式

表1 3～11奇次諧波數(shù)據(jù)

圖2 成套裝置系統(tǒng)接線(xiàn)圖

3.2 諧波對(duì)系統(tǒng)的影響

經(jīng)過(guò)電能質(zhì)量分析儀檢測(cè)分析，系統(tǒng)3～11次諧波數(shù)據(jù)中3、5次諧波含量較高，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行電流520A約為系統(tǒng)額定電流值503.52A的1.03倍，長(zhǎng)期超過(guò)額定電流運(yùn)行，電抗器在高溫下很容易絕緣老化，將會(huì)大大縮短電抗器的壽命。

4 對(duì)策措施

采取何種解決措施一般需要根本項(xiàng)目的使用概況決定，也就是對(duì)于未建成的項(xiàng)目，那么應(yīng)該要在設(shè)計(jì)出題就通過(guò)處理好系統(tǒng)元件匹配的方式解決問(wèn)題。而對(duì)于已經(jīng)建成的項(xiàng)目，那么則要根據(jù)項(xiàng)目系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展情況選擇相應(yīng)對(duì)策。具體如下。

4.1 措施一

用減小補(bǔ)償容量的方式。這種解決對(duì)策一般是系統(tǒng)因?yàn)橹C波影響的原因出現(xiàn)了額定電流運(yùn)行，而超出情況仍然未超出國(guó)標(biāo)范圍，且系統(tǒng)的功率因數(shù)cosφ仍然在國(guó)標(biāo)要求范圍內(nèi)的情況下使用。具體是可以在原來(lái)系統(tǒng)中減去一個(gè)電容器，或者將整個(gè)系統(tǒng)的總補(bǔ)償容量從6012kvar降低至5010kvar。如此設(shè)置之后整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際通過(guò)的電流會(huì)得到明顯下降，且能夠讓降低電抗器溫度。

補(bǔ)償容量為6012kvar時(shí)，系統(tǒng)的實(shí)際情況為:

式（1）中，K為含有限流電抗器、長(zhǎng)電纜、并補(bǔ)裝置時(shí)的系統(tǒng)電抗率；60%XC為干式空心電抗器感抗；XL為限流電抗器感抗；X長(zhǎng)電纜為長(zhǎng)電纜感抗。

經(jīng)計(jì)算，整個(gè)系統(tǒng)的K為8.2%，加上溫度、誤差等因素對(duì)K的影響，K值估計(jì)可達(dá)9%，此種情況，系統(tǒng)在補(bǔ)償無(wú)功功率的同時(shí)對(duì)3次諧波產(chǎn)生了放大，這是不可避免的。

如果每相各去掉1臺(tái)電容器，總補(bǔ)償容量為5010kvar，XC增大，60%XC增大，K值減小，I實(shí)際電流也會(huì)降低，系統(tǒng)不會(huì)長(zhǎng)期過(guò)額定電流運(yùn)行，電抗器的溫升也會(huì)明顯降低。

發(fā)生n次諧波諧振的電容器容量公式為:

式（2）中，Qsd為發(fā)生n次諧波諧振的電容器容量；Sd為并聯(lián)電容器安裝處的母線(xiàn)短路容量；n為代表n次諧波；K為電抗率。

如果補(bǔ)償無(wú)功容量為6012kvar，即6.012Mvar， 則Qsd大=10.80Mvar；Qsd小=5.43Mvar，系統(tǒng)在3次諧振范圍之內(nèi)，可能會(huì)發(fā)生3次諧振。

如果每相去掉1臺(tái)電容器，系統(tǒng)總補(bǔ)償容量為5010kvar，即5.010Mvar，則Qsd大=12.77Mvar；Qsd小=6.43Mvar，系統(tǒng)避開(kāi)了3次諧振范圍，不會(huì)發(fā)生3次諧振。

Qsd大、Qsd小為發(fā)生n次諧波諧振的電容器最大、最小容量。

諧波電流Icn、Isn為:

式（3）、（4）中，n為諧波次數(shù)；In為諧波源的第n次諧波電流；Xs為系統(tǒng)等值基波短路電抗；Xc為電容器組基波電抗；XL為電抗器基波電抗（XL=AXc，A為電抗率），當(dāng)nXs+（nXL-Xc/n）=0時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，諧波次數(shù)，雖然串入電抗器以后，諧波次數(shù)和沒(méi)有串入電抗器之前相比，明顯降低，但是，電抗器的匹配需綜合考慮當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)的背景諧波，避免諧振的發(fā)生。欲抑制諧波電壓，必須使nXs+（nXL-Xc/n）＞0，即XL＞Xc/n2。

4.2 措施二

解決該問(wèn)題的另外一個(gè)重要方法就是對(duì)串聯(lián)電抗率進(jìn)行最大限度的減小。但是，在使用串聯(lián)電抗器時(shí)需要非常注意一個(gè)問(wèn)題，即限流電抗器的影響作用。原因是限流電抗器的主要作用是保護(hù)電纜的安全，能夠在很大程度上防止電纜短路，對(duì)于預(yù)防電纜燒毀出現(xiàn)故障有顯著作用。所以，在設(shè)置串聯(lián)電抗率時(shí)必須要非常注意這一點(diǎn)。以上分析結(jié)果可知，5次和3次諧波分別 是該系統(tǒng)的最高諧波含量。該系統(tǒng)的整套裝置限接線(xiàn)情況見(jiàn)圖4。

110kV變6kV系統(tǒng)處的最小短路容量、最大短路容量、最小短路電流、最大短路電流分別為：Sd小=220.985MVA；Sd大=438.92MVA；Id小=20.252kA，Id大=40.225kA。

假設(shè)需要配置的串聯(lián)干式空心電抗器電抗率是d%，則電容器的容抗為：

干式空心電抗器的感抗為:

該系統(tǒng)前端采用了2根YJV（交聯(lián)聚乙烯絕緣）3×240mm2的電纜80m，電纜參數(shù)0.07～0.08Ω/km，所以電纜的感抗值為：X電纜=0.0064Ω；限流電抗器的感抗值:XL1=0.2104Ω；

整個(gè)系統(tǒng)的電抗率為：K=（XL1+XL2+X電 纜 ）/XC=（0.2104+7.919×d%+0.0064）/7.919=6%

所以干式空心電抗器電抗率d%為3.262%。

發(fā)生3次諧波諧振的電容器補(bǔ)償容量為：Qsd小=Sd小×（1/9-0.06）=220.985×（1/9-0.06）=11.294Mvar；Qsd大 =Sd大 ×（1/9-0.06）=438.92×（1/9-0.06）=22.4336Mvar。

該系統(tǒng)補(bǔ)償6012kvar，即6.012Mvar。避開(kāi)了3次諧波諧振區(qū)域，所以不會(huì)發(fā)生3次諧振。

干式空心電抗器感抗：

電抗器容量選取：

（503.52×1.3）2×XL2=110.7kvar；留有一定余量，取120kvar。

經(jīng)過(guò)核算，該系統(tǒng)電抗器可選CKGKL-120/6-3.26%，成套裝置對(duì)應(yīng)電容器額定電壓為

結(jié)語(yǔ)

無(wú)功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用使得無(wú)功功率大大減少，不僅節(jié)約企業(yè)自身的電費(fèi)開(kāi)支，而且提高了電網(wǎng)的安全性能和供電質(zhì)量，保證設(shè)備正常工作，產(chǎn)生的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益顯著。因此，電抗器溫度過(guò)高問(wèn)題如果得不到合理的解決，將直接影響著無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，為此，今后我們須更加重視電抗器溫度過(guò)高問(wèn)題，尋求更為合理、經(jīng)濟(jì)的對(duì)策。

[1]陶梅，江鈞祥.串聯(lián)電抗器及其電抗率的選取[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2010（03）.

[2]于海.干式空心電抗器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].西安理工大學(xué)，2009.

TM47 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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