一種大型電爐無功補(bǔ)償電容器故障的優(yōu)化檢測技術(shù)

渠天清

（太鋼能源動力總廠， 山西 太原 030003）

目前鋼鐵行業(yè)的電爐冶煉供電系統(tǒng)普遍都采用動態(tài)無功補(bǔ)償方式進(jìn)行無功補(bǔ)償及消諧，太鋼220 kV十一降壓站35 kV160 t 電爐、220 kV 十二降壓站35 kV 90 t 電爐全部都采用了國外進(jìn)口的大功率無功補(bǔ)償設(shè)備，其中作為關(guān)鍵核心元件的電容器，由于其長期處于運行狀態(tài)，特別容易發(fā)生異常狀態(tài)或故障情況。當(dāng)電容器發(fā)生異常及故障時必須及時進(jìn)行處理，退出運行，更換合格電容器，否則會嚴(yán)重影響到其他串并聯(lián)運行的電容器的狀態(tài)，使其承受不正常運行電壓，從而造成新的電容器的異常，或故障，當(dāng)電容器發(fā)生異常及故障時其電流不平衡保護(hù)動作，開關(guān)跳閘，無功補(bǔ)償設(shè)備退出運行，檢修人員需立即進(jìn)行電容器的拆線、測試、查找、更換。但大型電爐冶煉系統(tǒng)其配置的補(bǔ)償電容器僅二次濾波回路的電容器數(shù)量就多達(dá)192 個、每個長130 cm、寬40 cm、高20 cm 質(zhì)量達(dá)75 kg，其拆線、檢測、更換、恢復(fù)接線難度大、時間長、危險性強(qiáng)、且存在恢復(fù)接線時連接松動造成發(fā)熱、絕緣瓷瓶磕碰造成絕緣損壞等顯性及隱性危害；而隨著負(fù)荷的逐漸增加、運行年限的增長，電容器故障跳閘次數(shù)越來越多，需要檢測及更換的情況發(fā)生頻次逐漸增多，對系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)運行的影響日趨嚴(yán)重，成為了近年來困擾鋼鐵企業(yè)大電爐冶煉無功補(bǔ)償行業(yè)的一大棘手難題。

針對這一棘手難題，分析總結(jié)了大電爐動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)慕泳€設(shè)計和應(yīng)用情況，對無功補(bǔ)償裝置中電容器故障的檢測方法提出優(yōu)化檢測技術(shù)，由原來的192 只電容器全部打線、全部逐個測試，逐個恢復(fù)，優(yōu)化改進(jìn)為現(xiàn)在的先分組測試，只須對異常組的8 只或16 只電容器打線、測試、恢復(fù)接線，檢測效率提高了10~20 倍。減少了作業(yè)風(fēng)險、減少了大量的拆接線工作、減少了恢復(fù)接線時連接松動造成發(fā)熱、絕緣瓷瓶磕碰造成的絕緣損壞等顯性及隱性危害，減少了對大電爐生產(chǎn)的影響和直接間接損失。

1 改進(jìn)方案及實施過程

電容器發(fā)生異常及故障時必須及時進(jìn)行處理，退出運行，更換合格電容器，否則會造成事故的擴(kuò)大，同時還會影響其他串并聯(lián)運行的電容器的狀態(tài)，使其承受不正常運行電壓，從而造成新的電容器的異常，或故障，因此電容器保護(hù)配置了比較靈敏的電容器電流不平衡保護(hù)，當(dāng)電容器發(fā)生故障時，較為靈敏的電容器不平衡保護(hù)達(dá)到保護(hù)動作值，進(jìn)行動作跳閘，將含故障電容器的補(bǔ)償支路開關(guān)跳閘，將相關(guān)補(bǔ)償回路退出系統(tǒng)，確保故障范圍不再擴(kuò)大；通過對大電爐供電系統(tǒng)接線、無功補(bǔ)償接線等研究分析，提出并優(yōu)化改進(jìn)實施電容器的故障檢測法，由原來的192 只電容器全部打線、全部逐個測試，逐個恢復(fù)，改進(jìn)為先分組測試，再對異常組的8 只或16 只電容器進(jìn)行打線、測試，恢復(fù)接線，異常電容器檢測效率提高了10~20 倍。減少對大電爐生產(chǎn)工藝的影響和損失。

2 實際測試方案、步驟

1）使用電容表或萬用表的電容檔，在要測試的電容器相關(guān)回路進(jìn)行停電、放電、做措施以后進(jìn)行電容器電容值的測試。

2）電容器的實際接線如下頁圖1 所示，先并聯(lián)后串聯(lián)，8 個電容器并接組成為一個串聯(lián)段，4 個串聯(lián)段進(jìn)行串接組成一相，三相進(jìn)行星接，兩支星形共192 只。故障電容器的檢出測試由原來的192 只電容器全部打線測試，逐個恢復(fù)。改進(jìn)為先分組測試，再對異常組8 只或16 只電容器進(jìn)行打線測試，恢復(fù)接線。

3）先進(jìn)行串聯(lián)段的電容值整組測試，如圖2，表筆跨接在所測串聯(lián)段兩端，測量時接觸要良好并保持一定的時間：電容值在200~300 μF 范圍的測試時間不小于10 s，電容值在20~50 μF 范圍的測試時間不小于5 s。待讀數(shù)穩(wěn)定時記錄電容數(shù)值。

4）對所測串聯(lián)段電容值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對比，只對異常串聯(lián)段即電容值低的串聯(lián)段進(jìn)行拆線。正常電容值的串聯(lián)段不需拆線。

5）測試異常串聯(lián)段的每個電容器電容值：表筆跨接在所測電容器的兩端，測量時接觸良好，測試時間如3）所述。

6）對異常串聯(lián)段中的每個電容器的電容值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對比，找出異常電容器即電容值低的電容器，用備用的同規(guī)格合格電容器并進(jìn)行更換。

圖1 192 只電容器串接組成

圖2 電容器、串聯(lián)段接線圖

此測試技術(shù)方法已成功應(yīng)用于太鋼220 kV 十一降壓站（35 kV 160 t 電爐），具體實施例如下：

2017 年1 月，十一降1 號SVC 二次濾波不平衡保護(hù)動作，動作值為22%，停電對故障電容器的查找測試見圖3。十一降1 號SVC 二次濾波電容器測試數(shù)據(jù)見表1。

圖3 電容器、電容器組及其接線

具體實施例測試方案、圖表、數(shù)據(jù)：

1）將1 號SVC 二次濾波停電、放電、做安全技術(shù)措施后，進(jìn)行1 號SVC 二次濾波電容器電容值的測試；十一降1 號SVC 二次濾波共192 只電容器，每只電容約為26.5 μF，先進(jìn)行串聯(lián)段的電容值測試，每個串聯(lián)段由8 只電容器并接而成。

2）使用電容表（或萬用表的電容檔）進(jìn)行測量，量程選擇為2 mF 檔位，將表筆跨接在所測串聯(lián)段的兩端，測量時接觸良好，持續(xù)時間不少于10 s，待讀數(shù)穩(wěn)定不變時記錄所測電容數(shù)值。

3）對測試的24 個串聯(lián)段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，見表1。確定異常串聯(lián)段，其中B 相南側(cè)的第一排261 μF和第三排263 μF 兩個串聯(lián)段電容值異常，較低。

4）對B 相南側(cè)的第一排OB1、B 相南側(cè)的第三排OB3 兩個異常串聯(lián)段分別進(jìn)行拆線；測試OB1 串聯(lián)段所并接的8 個電容器的電容值，要選用大于被測電容值的檔位，每只電容約為26.5 μF，將量程打在200 μF 檔，將表筆跨接在所測電容器的兩端，測量時接觸良好，持續(xù)不少于5 s，待讀數(shù)穩(wěn)定不變時記錄所測數(shù)值。

5）對測試的異常串聯(lián)段中的每個電容器的電容值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，共發(fā)現(xiàn)三只異常電容器，見下頁表2、表3。B 相南邊側(cè)分支第一排第一只電容器電容值為23.9 μF，B 相南邊側(cè)分支第三排第五只電容器電容值為25 uF，第七只為24.9 μF。

6）測試三只新的電容器，將B1-1，B3-5，B3-7三只電容器進(jìn)行更換后，試送成功，不平衡值由原來的22%降為9%，恢復(fù)正常，運行良好。

表1 南北兩分支三相各串聯(lián)段的電容測試值 μF

3 結(jié)語

通過對大電爐供電系統(tǒng)接線、無功補(bǔ)償接線等研究分析，提出并優(yōu)化改進(jìn)實施電容器的故障檢測法，由原來的全部打線、全部逐個測試，逐個恢復(fù)，改進(jìn)為先分組測試，再對異常組進(jìn)行打線、測試，由原來打線、測試、恢復(fù)接線192 只電容器、優(yōu)化改進(jìn)為現(xiàn)在只須打線測試恢復(fù)接線8 只或16 只電容器，故障電容器的檢測效率提高了10~20 倍。顯著提高電容器故障后的檢測和處理效率。大大降低了檢測的高風(fēng)險、降低檢測時間、檢測難度。此優(yōu)化檢測技術(shù)在太鋼35 kV 十一降壓站已成功實施應(yīng)用，運行穩(wěn)定，效果良好，此種創(chuàng)新優(yōu)化檢測技術(shù)為大容量無功補(bǔ)償中異常電容器極難檢出的棘手問題開辟了一條新的思路，解決了近年來困擾鋼鐵企業(yè)大電爐冶煉無功補(bǔ)償行業(yè)的棘手難題。從而提高SVC 不平衡保護(hù)跳閘故障的處理恢復(fù)效率，減少了大量的拆接線工作、減少了恢復(fù)接線時連接松動造成發(fā)熱、絕緣瓷瓶磕碰損壞絕緣等顯性及隱性危害，減少對大電爐生產(chǎn)的影響和損失。

表2 南側(cè)分支B 相第一排8 只電容測試值 μF

表3 南側(cè)分支B 相第三排8 只電容測試值 μF