針對(duì)大準(zhǔn)鐵路無功補(bǔ)償裝置中電抗器多次燒損故障，進(jìn)行分析，并制定出相應(yīng)的防范措施。大準(zhǔn)電氣化鐵路自開通以來，為提高牽引變電所功率因數(shù)、降低負(fù)序電流和治理諧波，減少供電部門利率罰款，相繼在各變電所裝設(shè)電容補(bǔ)償裝置。自2008年7月起，各牽引變電所逐年將原有的靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置升級(jí)為動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，投運(yùn)以來運(yùn)行一直比較穩(wěn)定。2013年7月至9月3個(gè)月中，大準(zhǔn)鐵路窯溝變電所、大紅城變電所動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置濾波回路FC支路電抗器相繼有4臺(tái)燒損。本文對(duì)電氣化鐵道動(dòng)補(bǔ)裝置中電抗器運(yùn)行中的電壓、電流進(jìn)行分析，結(jié)合電抗器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，找出電抗器燒損的原因，并提出相應(yīng)的解決措施。

一、電抗器運(yùn)行中電壓和電流對(duì)其的影響

（一）諧波過電流

電力機(jī)車使用工頻單相式交流供電，它采用了大功率電力電子裝置，是典型的負(fù)序源，容易產(chǎn)生大量的高次諧波。根據(jù)有關(guān)資料提供的各次諧波電流含有率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，一般情況下不會(huì)導(dǎo)致電抗器過熱。但是因?yàn)橐虼鬁?zhǔn)鐵路復(fù)線的開通使得每個(gè)供電臂經(jīng)常出現(xiàn)3至4列列車（單線時(shí)一般不超過2列），變電所供電臂的最大電流明顯增加。根據(jù)后期現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)單條供電臂達(dá)900A以上（基波），SS4機(jī)車單機(jī)3次諧波電流占基波電流約20%，5次諧波電流占基波電流約10%。實(shí)測(cè)最大負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)窯溝變電所龍王渠方向的供電臂最大負(fù)荷電流達(dá)1350A。這樣電抗器承受諧波電流的疊加超過了其額定電流，長(zhǎng)期發(fā)熱絕緣老化，局部過熱造成絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿放電燒損（詳細(xì)數(shù)據(jù)見第四部分?jǐn)⑹觯?/p>

（二）短路環(huán)流

如果電抗器發(fā)生層間閃絡(luò)或擊穿，電弧將燒傷層間絕緣和匝間絕緣，嚴(yán)重時(shí)將可能引起匝間短路。電抗器發(fā)生匝間短路時(shí)，對(duì)本身參數(shù)以及整個(gè)支路電流運(yùn)行很小，但是它會(huì)在電抗器線圈中形成局部短路閉環(huán)。因?yàn)殡娍蛊髟谶\(yùn)行中產(chǎn)生較為強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，這個(gè)閉環(huán)的短路電流在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生數(shù)倍于額定電流的感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流會(huì)使閉環(huán)局部過熱，進(jìn)一步損壞閉環(huán)及周圍絕緣，進(jìn)而危害到電抗器的安全運(yùn)行。

（三）操作過電壓

包括合閘時(shí)操?zèng)_擊過電壓和分閘時(shí)電弧重燃過電壓。

合閘時(shí)

由上式得知合閘瞬間Ul=Um，當(dāng)電源電壓達(dá)到32kv時(shí)，電抗器瞬間承受的最大電壓峰值為45.3kv，是其額定值的11.4倍。合閘1s后，電抗器上仍有0.39Um=17.7kv，這嚴(yán)重考驗(yàn)著電抗器的絕緣。如果電抗器本身絕緣有缺陷，那么絕緣相對(duì)薄弱的地方就有可能遭到合閘過電壓的破壞。

當(dāng)電容電流過零值斷流時(shí)，電容電壓達(dá)到峰值，并保留電荷。斷路器觸頭間在分?jǐn)嗪蟮陌胫芷?，可能出現(xiàn)2倍于回路電壓的恢復(fù)電壓。如果此時(shí)出現(xiàn)分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)消弧不完全，且觸頭分離時(shí)速度較慢，可能引起觸頭間絕緣破壞，導(dǎo)致電弧重燃。在開斷容性負(fù)載時(shí)，這種電弧重燃會(huì)引起很高的過電壓。一次重燃時(shí)電容器和母線會(huì)產(chǎn)生3倍于母線電壓的過電壓，二次重燃會(huì)產(chǎn)生5倍于母線電壓的過電壓。由于電容器端電壓不能突變，這個(gè)過電壓瞬間全部加在電抗器上，相當(dāng)于電抗器額定電壓的24-40倍，嚴(yán)重威脅電抗器的運(yùn)行安全，它能對(duì)電抗器絕緣薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)一步?jīng)_擊加速電抗器絕緣的老化，直至電抗器絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿造成燒損。

（四）諧波過電壓

當(dāng)負(fù)荷電流含有諧波分量時(shí)，電抗器上會(huì)產(chǎn)生諧波電壓

Uln=IlnXln，通過計(jì)算可知電抗器將承受較大的諧波過電壓，但這個(gè)電壓持續(xù)時(shí)間很短，一般情況不會(huì)影響電抗器的安全運(yùn)行。

二、大準(zhǔn)線電抗器燒損原因分析

交直型電力機(jī)車（韶山4型）產(chǎn)生較大的奇次諧波電流，F(xiàn)C支路投切瞬間可能產(chǎn)生較大的操作過電壓?；娏骱椭C波電流共同作用于電抗器造成電抗器過熱，使電抗器絕緣加速老化。采用真空斷路器斷開容性電流時(shí)容易造成電弧重燃，產(chǎn)生3-5倍的過電壓，對(duì)電抗器絕緣薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)一步?jīng)_擊加速了電抗器絕緣的老化，直至電抗器絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿造成燒損。

根據(jù)供電段和有關(guān)部門對(duì)大準(zhǔn)線各牽引變電所饋線2006年擴(kuò)能改造前和2011年擴(kuò)能改造后的電流、電壓統(tǒng)計(jì)表得知，2006年之前27.5KV側(cè)饋線最大取值660A，2011年擴(kuò)能改造后27.5KV側(cè)饋線最大取值1041A。從2014年5月30日開始大準(zhǔn)鐵路老牛灣到二道河復(fù)線電氣化開通以來，窯溝、大紅城2所每個(gè)供電臂經(jīng)常出現(xiàn)3至4列列車（單線時(shí)一般不超過2列），變電所供電臂的最大電流明顯增加，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試最大負(fù)荷電流統(tǒng)計(jì)窯溝變電所龍王渠方向的供電臂最大負(fù)荷電流達(dá)1350A，后經(jīng)過根據(jù)供電段和廠家人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，單條供電臂達(dá)基波電流達(dá)900A以上，3次諧波電流達(dá)200A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過初期設(shè)計(jì)額定電流145A。因此電抗器存在長(zhǎng)期過載的問題，電抗器承受諧波電流的疊加超過了其額定電流，長(zhǎng)期發(fā)熱絕緣老化，局部過熱造成絕緣薄弱環(huán)節(jié)擊穿放電燒損。

三、預(yù)防電抗器燒損的措施

（1）重新設(shè)計(jì)、確定濾波電抗器過載能力，使其有足夠的裕度以保證濾波電抗器溫升和絕緣強(qiáng)度。

（2）提高電抗器本身的質(zhì)量，使用容量和絕緣裕度更好的電抗器；

（3）試用適應(yīng)環(huán)境能力較好的油浸式電抗器

（4）將動(dòng)補(bǔ)裝置的真空斷路器更換為切斷容性電流性能較好的六氟化硫斷路器，減少操作過電壓對(duì)電抗器絕緣的沖擊。

（5）對(duì)電抗器設(shè)置保護(hù)。

a.目前供電段采用試溫蠟片監(jiān)測(cè)電抗器表面運(yùn)行溫度，實(shí)施了在線溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

b.濾波電抗器并接電壓互感器形成其放電回路減少過電壓的損害。

參考文獻(xiàn)：

[1]王向晨，《電網(wǎng)無功補(bǔ)償使用技術(shù)》，北京：中國(guó)水利水電出版社.2009

[2]褚孟似，趙承荻，《電工基礎(chǔ)》，北京：中國(guó)鐵道出版社，1988