無功補償裝置干式空心電抗器溫升原因及對策措施

（珠海萬力達電氣股份有限公司，廣東 珠海 519000）

無功補償裝置干式空心電抗器溫升原因及對策措施

高 靜

（珠海萬力達電氣股份有限公司，廣東 珠海 519000）

近年來，電力系統(tǒng)損耗問題日益突出，由于無功補償裝置對于電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行具有重要作用，因此，無功補償裝置的運行受到廣泛關(guān)注。本文結(jié)合實例，針對干式空心電抗器溫度偏高的原因進行了分析，并提供了減小補償容量和減小串聯(lián)電抗率的對策措施以期指導(dǎo)實踐。

無功補償裝置；干式空心電抗器；溫升；補償容量；串聯(lián)電抗率

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

1 工程概況

該工程屬于戶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，每一個電容器的容量高達334kvar，這些容量綜合起來后該系統(tǒng)的總補償容量高達6012kvar。系統(tǒng)的額定電流是503.52A。整個成套裝置主要有三個6kV的母線，在這些目前下面分別設(shè)置有一個用于防止電纜燒毀的限流電抗器，具體結(jié)構(gòu)形式見圖1。

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

2 工程問題

該工程裝置的所有設(shè)計、調(diào)試以及安裝的都是根據(jù)國家規(guī)范要求進行操作。但是在實際調(diào)試中還是存在一下幾個問題。

（1）該工程的瞬間電流雖然能夠從一開始的556A轉(zhuǎn)變?yōu)?20A，且長期處在520A這個值內(nèi)，但是盡管如此這個值還是與規(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℃，對于通電設(shè)備來說比較正常，但是按照國家標(biāo)準(zhǔn)判斷還是屬于偏高溫度。

3 溫升原因分析

3.1 限流電抗器對系統(tǒng)的影響

影響主要有兩點：抬高電壓和減少補償容量。該系統(tǒng)在剛剛運作時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，若在不斷運作后限流電抗器發(fā)生作用，那么系統(tǒng)的電抗率就會從原來的6%下降至3.268%。這種情況下，系統(tǒng)以及電容器的電壓都會被直接影響，有被抬高的危險。另外，該成套系統(tǒng)的原始總補償容量是6012kvar，這個值是在沒有受到其他因素影響的情況下，但是一點限流電抗器發(fā)生作用，那么整個系統(tǒng)就需要使用一點的補償容量對限流線扛起的感抗進行消除，如此一來其補償總量也勢必會開始減少。

圖1 電容器組裝置及限流電抗器接線方式

表1 3～11奇次諧波數(shù)據(jù)

圖2 成套裝置系統(tǒng)接線圖

3.2 諧波對系統(tǒng)的影響

經(jīng)過電能質(zhì)量分析儀檢測分析，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)見表1。

系統(tǒng)實際運行電流520A約為系統(tǒng)額定電流值503.52A的1.03倍，長期超過額定電流運行，電抗器在高溫下很容易絕緣老化，將會大大縮短電抗器的壽命。

4 對策措施

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

4.1 措施一

用減小補償容量的方式。這種解決對策一般是系統(tǒng)因為諧波影響的原因出現(xiàn)了額定電流運行，而超出情況仍然未超出國標(biāo)范圍，且系統(tǒng)的功率因數(shù)cosφ仍然在國標(biāo)要求范圍內(nèi)的情況下使用。具體是可以在原來系統(tǒng)中減去一個電容器，或者將整個系統(tǒng)的總補償容量從6012kvar降低至5010kvar。如此設(shè)置之后整個系統(tǒng)實際通過的電流會得到明顯下降，且能夠讓降低電抗器溫度。

補償容量為6012kvar時，系統(tǒng)的實際情況為:

式（1）中，K為含有限流電抗器、長電纜、并補裝置時的系統(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長電纜為長電纜感抗。

經(jīng)計算，整個系統(tǒng)的K為8.2%，加上溫度、誤差等因素對K的影響，K值估計可達9%，此種情況，系統(tǒng)在補償無功功率的同時對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臺電容器，總補償容量為5010kvar，XC增大，60%XC增大，K值減小，I實際電流也會降低，系統(tǒng)不會長期過額定電流運行，電抗器的溫升也會明顯降低。

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短路容量；n為代表n次諧波；K為電抗率。

如果補償無功容量為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)，可能會發(fā)生3次諧振。

如果每相去掉1臺電容器，系統(tǒng)總補償容量為5010kvar，即5.010Mvar，則Qsd大=12.77Mvar；Qsd小=6.43Mvar，系統(tǒng)避開了3次諧振范圍，不會發(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，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

解決該問題的另外一個重要方法就是對串聯(lián)電抗率進行最大限度的減小。但是，在使用串聯(lián)電抗器時需要非常注意一個問題，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電纜的安全，能夠在很大程度上防止電纜短路，對于預(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)電抗率時必須要非常注意這一點。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)的整套裝置限接線情況見圖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)補償6012kvar，即6.012Mvar。避開了3次諧波諧振區(qū)域，所以不會發(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)過核算，該系統(tǒng)電抗器可選CKGKL-120/6-3.26%，成套裝置對應(yīng)電容器額定電壓為

結(jié)語

無功補償裝置的應(yīng)用使得無功功率大大減少，不僅節(jié)約企業(yè)自身的電費開支，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)生的實際經(jīng)濟效益顯著。因此，電抗器溫度過高問題如果得不到合理的解決，將直接影響著無功補償裝置的運行，為此，今后我們須更加重視電抗器溫度過高問題，尋求更為合理、經(jīng)濟的對策。

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

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

TM47 < class="emphasis_bold"> 文獻標(biāo)識碼：A

A