淺談光伏電站電容器組串聯電抗器典型故障分析

張金峰

（中國三峽新能源<集團>股份有限公司華北分公司，河北 石家莊 050000）

安裝在電容器組中的串聯電抗器其目的是限制閉合浪涌電流并限制諧波連接。 這是為了減少在閉合過程中電容器組產生的浪涌電流倍數和浪涌頻率對電容器組的影響，并可以限制工作過電壓，以濾除光伏電池的五次及以上高次諧波，同時針對其他諧波的增大起到限制作用，減少光伏電站電壓波形的畸變。

1 對電能質量的影響

光伏電站具有間歇性和易受天氣影響的波動特性，通常配備有整流器-逆變器設備和大量電力電子設備，會產生高次諧波。 在電力系統中高次諧波的產生對電網電壓造成很大影響，容易產生電壓畸變，進而影響儀表的準確性， 并引起電力系統繼電保護和自動裝置的故障， 對整個電力系統的安全穩定運行帶來不利影響。 為了平衡電網系統中的諧波電流，可以在靜態坐標轉換和跟蹤電壓控制的方式進行設置監測系統， 該系統配備電容器組用來監控和平衡諧波電流， 在光伏發電測試平臺上進行測試。 測試結果表明，將電容器組引入光伏發電系統的配電網絡中可以及時準確地補償電流，穩定電壓，吸收更高的諧波并確保電能質量。

2 電抗器的常見故障及處理方法

電抗器在系統中的使用越來越多，運行過程中經常會發生一些故障， 這也將影響電網的安全可靠供電。 本文主要分析了一些常見的故障和處理方法。

2.1 局部溫度過高

在操作期間反應器的溫度太高，這加速了聚酯膜的老化。 當雨水滲入引入線或橫斷面環氧裂縫時，會加速老化，進而失去機械強度，導致匝間短路，容易引起燃燒。

焊接質量是造成電抗器溫度上升的主要原因之一。 端子的焊接電阻和繞組焊接會產生額外的電阻和熱量。 另外，由于溫升的設計裕度很小，因此，設計值非常接近國際規定的溫升極限。 除了設計和制造上的原因外，當電抗器運行時，如果電抗器的空氣通道被異物阻塞，會導致散熱不良，還會引起局部過熱并引起火災。

針對以上問題， 首先要進行電抗器的運行環境改善，比如改進通風條件，降低運行溫度等。 同時，應定期關閉進行維護，以清除表面積聚的污垢，保持呼吸道通暢，并詳細檢查外部絕緣狀況，并及時處理任何問題。

2.2 沿面放電

除了電抗器的生產質量外，它在運行過程中還受到許多外部因素的影響。 在室外大氣條件下運行一段時間后，雷雨天氣，或者表面灰塵和潮濕以及對運行模式的調整有可能會操作表面電流泄漏，電壓上下波動，運行環境不穩定。 影響電阻變化的原因之一就是周圍環境中水汽蒸發的變化， 嚴重的甚至會產生電弧。 面對此問題要進行及時的處理，以免造成電弧尖端放電。 一旦產生放電將會對整個設備造成極大的破壞，嚴重的可能導致短路中的匝電流急劇增加，從而損壞匝絕緣，容易造成一些經濟損失。

室外電抗器運行環境復雜，首先就是要解決電源絕緣問題。 對此可以進行噴涂絕緣材料來避免放電現象的發生。 在進行絕緣噴涂時，要將線圈兩端預先嵌入，以確保端部表面電流均勻。 反應堆安裝有防雨罩，以防止其被潮氣引起電流泄漏。

3 光伏電站電抗器典型故障處理經過

2020 年 04 月 15 日 00 時 56 分 40 秒， 某電站當值值班人員李某某發現35kV#1FC A 相電抗器發生灼燒故障，立即通知值班人員梁某某手動拉開35kV#1FC 317 開關，A 相電抗器故障現象逐漸消失。

圖1 故障錄波波形圖

4 故障分析

現場值班人員查看35 kV 母線電壓、35kV#1FC 317 開關電流錄波圖顯示：00 時 57 分 24 秒 181 毫秒，35 kV 母線電壓幅值有明顯波動、 波形出現畸變，35kV#1FC317 開關電流幅值出現波動， 波形畸變；在00 時57 分36 秒左右電容器組電流波形基本恢復正常，直至值班人員斷開35kV#1FC317 開關。

（1）35kV#1FC 317 開關限時電流速斷保護未動作原因分析： 根據錄波顯示故障時#1FC317 三相二次最大電流均未達到0.7 A，同時未出現零序電流，保護裝置限時電流速斷保護定值為0.8 A，故未達到定值未動作。 測量 A 相的直阻 126.1 毫歐、B 相 128.7 毫歐、C 相128.9 毫歐，三相平均值未超過2%，如圖1 所示。

（2） 故障期間電容器電流三次諧波含量：A 相50.79% B 相 53.91% C 相 103.70%、 四次諧波含量：A相 429.43% B 相 22.79% C 相 405.27%、 五次諧波含量 A 相 23.68% B 相 18.67% C 相 10.47%。 其中三次及四次諧波含量最多， 根據廠家提供設備資料顯示，用來抑制五次及以上諧波電抗率為4.5～6%， 用來抑制三次級以上諧波電抗率為12～13%， 本站電容器組電抗器率為5%僅可抑制五次及以上諧波。

（3）通過調取 AVC 電壓調節曲線，發現從 2020 年3 月開始電壓曲線的目標值和實際值偏差比較大，尤其當日前半夜電壓波動異常頻繁，35kV #1FC 發出的無功波動明顯。

5 結語

（1）如果通過電容器組的諧波電流短時過大，諧波會導致設備損耗增加，會導致串聯電抗器匝間電壓變高，會在導線絕緣薄弱點處造成電壓擊穿，使相連兩匝間導線絕緣完全破壞，造成匝間短路，導致電抗器發生灼燒故障。

（2）光伏電站發電過程中，運行工況相對比較復雜，會產生高次諧波，威脅電容器組配套設置的串聯電抗器安全穩定運行。 本次電抗器發生灼燒故障就是量變達到質變過程，通過日常運行巡視很難發現電抗器細微的隱患。

（3）通過調取 2020 年 3 月（35kV#1FC A 相電抗器）AVC 電壓調節曲線， 發現當日前半夜電壓波動異常頻繁，35kV #1FC 發出的無功波動明顯。 運行值班人員如能及時發現異常的電壓波動，進行充分分析判斷，也許就能規避電抗器發生此次灼燒故障。

通過此次電抗器典型故障分析，對技術人員提出了新的要求。 在日常檢修過程中要針對電容器組配套設置的串聯電抗器進行有目的檢修工作，以達到限制合閘涌流和限制諧波的目的，保障光伏電站并網點電壓和電流穩定性，促進新能源的可持續發展。

總之， 通過運行分析提高工作人員的工作水平，應當多培養太陽能光伏設備的從業人員，只有這樣才能穩步提升太陽能光伏的應用水平。 在此過程中，提高工作人員的工作能力和作業水平是重中之重。 想要達到這樣的效果，建立完善而又科學合理的運行分析制度就顯得十分必要。 在建立了該制度的基礎上，才能實時掌握太陽能光伏設備的運行狀況，并對其運行過程中出現的問題加以改進。