串聯電抗器(電容電抗器)常見故障分析

    本文將著重敘述干式鐵心串聯電抗器(電容電抗器)產品的應用，介紹串聯電抗器(電容電抗器)在運行中常出現的幾點問題，其中包括串聯電抗器(電容電抗器)引線接頭燒毀、有分接電抗器燒毀分析、電抗器選擇不當而燒毀、繞組匝間短路而燒毀、電抗器溫升設計不合理而損壞、電抗器噪聲過大而影響運行和電抗器絕緣距離小而擊穿等問題。
    串聯電抗器(電容電抗器)一般串聯在高壓電力電容器或電容器組回路中，其主要作用是抑制高次諧波，減少網絡電壓波形的畸變，限制電容器在分相切投時的涌流。串聯電抗器(電容電抗器)在運行中常出現的問題與解決方法如下。
    一、串聯電抗器(電容電抗器)引線接頭燒毀。
    在電網中運行中，經常出現串聯電抗器(電容電抗器)引線接頭燒毀的現象。即外絕緣、各相出線端子與引出銅排連接處灼傷明顯，某相負荷側引線端子燒熔脫落。電容器完好無損，對電抗器進行相關試驗，未發現異常。經分析認為繞組與引線連接不良，在運行中，由于振動產生繞組與引線連接松動，接觸電阻偏大，電容器組合電抗器投入運行后端子連接處異常發熱，導致接觸電阻進一步變大，惡性循環后連接處溫度急劇上升，高溫致使端子燒損并拉弧引起相間短路。應在設計電抗器中要考慮避免繞組與引線連接處因接松動引線燒毀現象。如在設計時使用螺栓連接，要考慮防止螺栓轉動，產生虛接，或用銅排與銅排連接。
    二、有分接電抗器燒毀分析。
    有分接電抗器是指在繞組上抽出一個或兩個分接頭，使電抗器可以當成兩臺或三臺不同容量的電抗器使用。電抗器在運行中，由于安裝時把電抗器引線接頭接錯，使電容器檔位與電抗器上的檔位不匹配，電抗器不能有效地濾掉高次諧波，起不到電抗器應有的作用，并使電抗器在分接段線匝電密升高數倍，溫升達到幾百K，鐵心磁密飽和，從而使電抗器繞組燒毀。在使用說明書和外形圖中應注明安裝方法。現場安裝人員一定要細心，避免安裝錯誤和松動現象。
    三、電抗器選擇不當而燒毀。
    并聯電容器用串聯電抗器(電容電抗器)主要是為了降低電力電容器組在投切過程中的涌流倍數和抑制電網的高次諧波。如果電抗器參數選擇不當，將使諧波放大，電抗器上的電流和電壓增大，使銅導線過熱，繞組上的絕緣層老化擊穿，出現短路而燒毀。為了使電抗器在電網內充分發揮效益，要求用戶首先做到較準確地選擇電抗器的百分值。選擇原則應該是使所在網絡內占比例最高的諧波分量的相應總電抗值接近于零，也就是應該使該次諧波分量的感抗和容抗接近相等，則要滿足關系式xL＞xc/n2：如系統中以5次諧波為主，則xL＞xc/52＝0.04xc；如系統中以3次諧波為主，則xL＞xc/32＝0.11xc。在實際應用中如主要為5次及以上的諧波，常選用電抗值為（5%～6%）xc 的串聯電抗器(電容電抗器)；而如主要為了限制3 次及以上諧波，常選用電抗值為（12%～13%）xc 的串聯電抗器(電容電抗器)。需注意是xc和xL不能恰好相等，以防產生電磁諧振，導致產生過電壓。一般來說，選擇電抗器的感抗較容抗稍大即可。這樣既避開了諧振點，又抑制了諧波。因此，這就要求用戶對所在網絡含有的高次諧波分量的類型和數量有一個較詳細的了解。需經過測試，獲得有關諧波分量的參數。
    四、繞組匝間短路而燒毀。
    在電抗器生產過程中，由于銅導線絕緣介質破損或繞組纏繞過程中使銅導線絕緣介質破損，再經過在電路中長期運行，使局部絕緣介質嚴重破壞，導致局部匝間短路，形成大電流，繞組局部過熱而燒毀。因此，無論在銅導線外觀檢查上，還是在繞組纏繞上，都要對銅導線仔細檢查和纏繞，防止導線絕緣層破壞，出現匝間短路而燒毀。
    五、電抗器溫升設計不合理而損壞。
    電抗器在溫升設計時要考慮以下幾方面因素：①繞組和鐵心平均溫升要符合標準，數值小于90 K。②要考慮繞組和鐵心最熱點溫升，熱點溫升與絕緣材料的關系。③要考慮漏磁對電抗器的影響和整體結構對溫升的影響。
    六、電抗器噪聲過大而影響運行。
    電器設備的噪聲是不容忽視的技術指標，鐵心串聯電抗器(電容電抗器)也不例外。中華人民共和國電力行業標準DL462－ 1992 對噪聲有明確的規定，如表1 所示。

    噪聲指標的高低標志著制造廠的設計能力和工藝水平。鐵心串聯電抗器(電容電抗器)噪聲的主要噪聲源是鐵心，即硅鋼片的磁滯伸縮受其材質及緊固鐵心應力的影響，鐵心中的磁通與流過繞組的電流之間是非線性關系，這種非線性感抗是由鐵磁材料的性質形成的，而不是由熱效應形成的。產品設計選擇的磁通密度越高，噪聲必然也就越大，高次諧波分量也就越多。對于帶有氣隙的鐵心串聯電抗器(電容電抗器)，每柱有若干個鐵心餅，噪聲指標就更顯得重要了，所以有必要降低噪聲，方法如下。
    1、硅鋼片的材質是影響噪聲的重要因素。可以從降低磁密來降低噪聲，但要注意不要降低磁密太多，否則大大增加制造成本。一般磁密控制在0.8～1.2 T。還可以使用磁質伸縮小的優質硅鋼片，降低產品的噪聲。
    2、改進鐵心的加工工藝及鐵心組裝工藝來降低產品的噪聲。要求在鐵心加工時硅鋼片要平整，減少硅鋼片邊緣毛刺。在鐵心組裝時，沖片之間要壓緊和把沖片用粘接膠或環氧膠黏結在一起，可降低噪聲。
    3、增加繞組的散熱風道，即增大散熱面積，從而取消電抗器的冷卻裝置，也就消除了冷卻裝置帶來的噪聲。
    4、認真選取電抗器的電抗率和電抗值，也可降低電抗器運行中的噪聲。當電抗器的電抗值選擇不當，使部分高次諧波不能濾掉，鐵心中主磁通發生畸變，電抗器噪聲增大。所以要準確選取電抗器的電抗值，在生產中使電抗器的電抗值偏差在標準要求范圍內。總之，如果噪聲過大，會使緊固件斷裂，鐵心多點接地而溫升過高，電抗器引線松動而燒毀等等不良后果。
    七、電抗器絕緣距離小而擊穿。
    電抗器在設計時也要考慮繞組、進出引線等帶電體與鐵心、夾件等接地端和進出線端子間的安全距離。在中華人民共和國電力行業標準DL462－1992 對帶電部分與地的電氣距離有明確的規定如表2所示。

    在設計中如果絕緣距離達不到標準要求，電抗器在運行中就可能會出現帶電體之間和帶電體與地之間出現放電現象，經過長時間放電電抗器絕緣層就會被破壞，致使電抗器燒毀。
    經過對串聯電抗器(電容電抗器)在電網中運行常見故障闡述，可以引起大家在生產和運行電抗器中質量的重視。在生產電抗器時通過設計和工藝保證產品質量；在電抗器安裝和運行中要按照安裝運行操作規程執行，避免運行不當而損壞電抗器。