35kV系統限流電抗器在變電站中的研究與應用

安瑞斌，董加賀，黎雪英

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦是國內大型露天銅礦，大山選礦廠是德興銅礦的三期選礦廠，近年來我礦的供電系統逐漸更新換代，將老舊的耗能高的安全性低的供電設備淘汰，換成新一代的供電設備，大山變電站電抗器投運日期為1996 年，當時投運時電抗器設計選型只能滿足當時運行條件，但隨著我礦電力系統的不斷發展，負荷的不斷增加，大山318#線路限流電抗器由于過負荷發生起火故障［3］，后經技術人員進行分析，該電抗器早已不能滿足當前的運行需要。

2 電抗器的作用和使用要求

2.1 電抗器的作用

在電力系統中，限流電抗器主要作用是當電力系統發生短路故障時，利用其電感特性，限制系統的短路電流，降低短路電流對系統的沖擊，同時降低斷路器選擇的額定開斷容量，節省投資費用，提高系統的殘壓。但在限流時使用電抗器會導致線路電壓損耗及電能損耗。

2.2 電抗器的使用要求

《工業與民用供配電設計手冊》及GB10229-88《電抗器》標準規定電抗器的選擇必須滿足以下三個條件：

（1）將電抗器后的短路電流限制在最大允許范圍內。

（2）在電抗器后短路時，要使母線剩余電壓保持一定水平。

（3）正常工作時，電抗器的電壓損失不得大于母線額定電壓的5%［1］。

2.3 電抗器的額定電壓和額定電流的選擇

用于限制短路電流的電抗器的額定電壓的需要滿足UN≥USN；額定電流的需要滿足IN≥IMAX。

當分裂電抗器用于發電廠的發電機或主變壓器回路時，IMAX取一般按照發電器或者主變壓器的額定電流的70%選擇；而用于變電站主變壓器回路時，IMAX取兩臂中負荷電流較大者，當無負荷資料時。一般也按照主變壓器的額定容量的70%選擇［2］。在這里電抗器主要用于我們廠的220kV 的變電站內，故我們按照兩臂中負荷電流較大者取值［2］。

3 我礦大山220kV 變電站電抗器使用現狀

我礦大山變電站電抗器投運時間為1996 年，當時投運時電抗器設計選型滿足當時運行條件。但隨著我礦電力系統的不斷發展，負荷的不斷增加，大山318 線路限流電抗器由于過負荷發生起火故障，后經技術人員進行分析，該電抗器主要存在如下問題：

（1）電抗器額定電流為200A，而現實負荷可達到250A,由于電抗器不具有抵抗過載的能力，導致了該設備的起火燒毀。

（2）電抗器的電抗百分值為12%，由于電抗百分值不適合目前的負荷情況，使得該線路電壓損耗達到了近7%。這就導致如果采區用電電壓要求36kV 時，大山變電站35kV 系統電壓必須調整到38.7kV。

為滿足采區設備的正常運行，大山220kV 變電站35kV 系統電壓在電源端必須調高來補償線路損耗的壓降［4］，從而造成大山220kV 變電站35kV系統電壓過高，輸電設備絕緣加速老化，發生故障。

4 大山318#線路限流電抗器使用前后對系統電壓的影響調查

大山318#限流電抗器使用前為滿足采區用電要求，35kV 系統電壓基本在38kV 以上，甚至達到39.5kV，而且主變隨著負荷變動調壓頻繁。2017年3 月9 日大山318#限流電抗器發生故障將其拆除后，318#線路采區電壓基本達到38kV 以上，且同大山35kV 側系統電壓基本一致，要求主變調壓情況也再無發生。

表1 大山318 線路限流電抗器拆除前后對采區電壓影響調查（統計時間均為13:30）

經過表一數據統計和比對分析，在拆除限流電抗器前大山318#線路電壓損耗基本為4%～9%之間，按平均計算大概為6.4%以上，且負荷越大，壓降損耗越大,完全不符合規程規定的5%以下。而將電抗器拆除后電壓損耗最高為1.5%。保證了大山318#采區35kV 電壓處于較高水平，甚至同大山側同步。通過以上調查發現：（1）限流電抗器的使用是導致大山318#線路電壓損耗的第一個原因。（2）限流電抗器選型不符合現有狀況是導致大山318#線路電壓損耗過大的第二個原因，也是電抗器燒毀的主要原因。

5 措施

5.1 重新對電抗器進行選型并進行現場應用

（1）首先研究電抗器在用電安全與節能效果，電抗器平時運行中產生的壓降隨負荷變而變化給調節電壓質量造成困難，在生產負荷啟動時，電壓降加強，影響其他負荷運行，長時間運行將產生巨大能量損耗。

（2）對電抗器進行重新選型。根據大山318#線路現有實際最大負荷及裝電抗限制后所要求的短路次暫態電流值進行重新選型［5］。由公式：XK%≥(IJ/IN-XJ)×(INKUJ/UNKIJ)×100%。得出贛東北供電公司提供的35kV 三相短路電流為9983A，系統阻抗標幺值為0.16317，如要求限制短路次暫態電流為5000A 計算，可選擇電抗百分值為4%以上，額定電流400A 的電抗器［3］。

表2 電抗器對富家塢變電站電壓影響表

（3）對已選擇的電抗器重新進行驗算

從以上表格中算出正常工作時的電壓損失， 按 式ΔU%=XN%SIN（IW，MAX/IN） 計算，取功率因素0.8，最大負荷電流250A，則ΔU%=6×0.6×250/400%=2.25%＜5%,滿足要求。

在電抗器后短路時，要使母線剩余電壓保持一定水平，母線的剩余電壓按式UY%≤XK%(IN/IW)計算，UY%=6×5000/400%=75%＞70% 滿足要求。

根據現場情況和理論校驗，選電抗百分值6%，額定電流400A 電抗器較安全。這樣可將318 線路電壓損失在最大負荷時也可限制在不超過2.25%。會對降低大山35kV 電源側系統電壓有積極作用［4］。

5.2 全面考慮電抗器選型參數與當前運行現狀的符合性

表3 大山35kV 各出線限流電抗器參數

經統計和計算，目前除大山311、318 線路電抗器不符合運行要求外，其他線路負荷電流均在電抗器額定范圍以下，且電壓損耗均符合規范要求。按目前負荷情況下不需要更新，但按照規程要求，所有電抗器均應定期進行如下保養和檢測［5］：

（1）每年測量繞組直流電阻，與出廠值比較，折算到75℃下電阻偏差不應超過2%。

（2）戶外安裝設備，每3～5 年需重新噴涂RTV，確保防護效果。

5.3 對電能損耗影響

根據《電力網電能損耗計算導則》2.3.10.4 可理論計算出電抗器的損耗［6］。

電抗器的損耗電能計算公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T。

式中：IN 為串聯電抗器的額定電流，單位，安培（A）；ΔPK為一相電抗器通過額定電流，溫度達到75℃時的損耗功率，按廠家提供或由有關手冊查得，單位，千瓦（kW）。

我廠大山318#線路串聯電抗器選用型號為XkK-35-200-12，生產與1996 年，2002 年安裝投運，生產廠家為北京電力設備總廠。ΔPK的值為8.5kW。

通過對我廠大山318#線路2017 年3 月9 日～27 日總輸出電量3570240kW·h，計算出平均電流為120A。通過以上數據資料，即可按公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T，計算得出每天損耗電量=3×8.5×0.36×24=220.32kW·h

如重新選擇電抗百分數為6%，額定電流400A電抗器，則預計可節約電量每天為150kW·h 左右。按照每kW·h 電1 元計算，每年節約電費150×365=54750 元［6］。

6 結語

我礦大山變電站的老式電抗器由于不具備抵抗過負荷的能力，會引發火災，并且老式電抗器的電抗百分值也不適用于當前的負荷情況。更換新式電抗器后通過大量的數據對比分析，發現電抗器的更換對于生產具有重要意義，第一，保證了電力系統的穩定運行，為穩定生產提供了必要條件；第二，減少了電能，電能方面每年節約大約5.5 萬元；第三，減少了電壓的損耗，由于老式電抗器的壓降過高，為了保證用戶的電壓等級，必須從源頭調高電壓，從而加速了輸電設備絕緣老化，發生故障；第四，間接地為社會做出了有效的貢獻，促進了經濟的發展和社會的和諧。