張金峰

（中國三峽新能源<集團(tuán)>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(lián)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(chǎn)生的浪涌電流倍數(shù)和浪涌頻率對(duì)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(shí)針對(duì)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(duì)電能質(zhì)量的影響

光伏電站具有間歇性和易受天氣影響的波動(dòng)特性，通常配備有整流器-逆變器設(shè)備和大量電力電子設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生高次諧波。 在電力系統(tǒng)中高次諧波的產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)電壓造成很大影響，容易產(chǎn)生電壓畸變，進(jìn)而影響儀表的準(zhǔn)確性， 并引起電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的故障， 對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來不利影響。 為了平衡電網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波電流，可以在靜態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和跟蹤電壓控制的方式進(jìn)行設(shè)置監(jiān)測系統(tǒng)， 該系統(tǒng)配備電容器組用來監(jiān)控和平衡諧波電流， 在光伏發(fā)電測試平臺(tái)上進(jìn)行測試。 測試結(jié)果表明，將電容器組引入光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)中可以及時(shí)準(zhǔn)確地補(bǔ)償電流，穩(wěn)定電壓，吸收更高的諧波并確保電能質(zhì)量。

2 電抗器的常見故障及處理方法

電抗器在系統(tǒng)中的使用越來越多，運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生一些故障， 這也將影響電網(wǎng)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(yīng)器的溫度太高，這加速了聚酯膜的老化。 當(dāng)雨水滲入引入線或橫斷面環(huán)氧裂縫時(shí)，會(huì)加速老化，進(jìn)而失去機(jī)械強(qiáng)度，導(dǎo)致匝間短路，容易引起燃燒。

焊接質(zhì)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(huì)產(chǎn)生額外的電阻和熱量。 另外，由于溫升的設(shè)計(jì)裕度很小，因此，設(shè)計(jì)值非常接近國際規(guī)定的溫升極限。 除了設(shè)計(jì)和制造上的原因外，當(dāng)電抗器運(yùn)行時(shí)，如果電抗器的空氣通道被異物阻塞，會(huì)導(dǎo)致散熱不良，還會(huì)引起局部過熱并引起火災(zāi)。

針對(duì)以上問題， 首先要進(jìn)行電抗器的運(yùn)行環(huán)境改善，比如改進(jìn)通風(fēng)條件，降低運(yùn)行溫度等。 同時(shí)，應(yīng)定期關(guān)閉進(jìn)行維護(hù)，以清除表面積聚的污垢，保持呼吸道通暢，并詳細(xì)檢查外部絕緣狀況，并及時(shí)處理任何問題。

2.2 沿面放電

除了電抗器的生產(chǎn)質(zhì)量外，它在運(yùn)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(yùn)行一段時(shí)間后，雷雨天氣，或者表面灰塵和潮濕以及對(duì)運(yùn)行模式的調(diào)整有可能會(huì)操作表面電流泄漏，電壓上下波動(dòng)，運(yùn)行環(huán)境不穩(wěn)定。 影響電阻變化的原因之一就是周圍環(huán)境中水汽蒸發(fā)的變化， 嚴(yán)重的甚至?xí)a(chǎn)生電弧。 面對(duì)此問題要進(jìn)行及時(shí)的處理，以免造成電弧尖端放電。 一旦產(chǎn)生放電將會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備造成極大的破壞，嚴(yán)重的可能導(dǎo)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(jīng)濟(jì)損失。

室外電抗器運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，首先就是要解決電源絕緣問題。 對(duì)此可以進(jìn)行噴涂絕緣材料來避免放電現(xiàn)象的發(fā)生。 在進(jìn)行絕緣噴涂時(shí)，要將線圈兩端預(yù)先嵌入，以確保端部表面電流均勻。 反應(yīng)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(jīng)過

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

圖1 故障錄波波形圖

4 故障分析

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

（1）35kV#1FC 317 開關(guān)限時(shí)電流速斷保護(hù)未動(dòng)作原因分析： 根據(jù)錄波顯示故障時(shí)#1FC317 三相二次最大電流均未達(dá)到0.7 A，同時(shí)未出現(xiàn)零序電流，保護(hù)裝置限時(shí)電流速斷保護(hù)定值為0.8 A，故未達(dá)到定值未動(dòng)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(jù)廠家提供設(shè)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(jí)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(diào)取 AVC 電壓調(diào)節(jié)曲線，發(fā)現(xiàn)從 2020 年3 月開始電壓曲線的目標(biāo)值和實(shí)際值偏差比較大，尤其當(dāng)日前半夜電壓波動(dòng)異常頻繁，35kV #1FC 發(fā)出的無功波動(dòng)明顯。

5 結(jié)語

（1）如果通過電容器組的諧波電流短時(shí)過大，諧波會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損耗增加，會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電抗器匝間電壓變高，會(huì)在導(dǎo)線絕緣薄弱點(diǎn)處造成電壓擊穿，使相連兩匝間導(dǎo)線絕緣完全破壞，造成匝間短路，導(dǎo)致電抗器發(fā)生灼燒故障。

（2）光伏電站發(fā)電過程中，運(yùn)行工況相對(duì)比較復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生高次諧波，威脅電容器組配套設(shè)置的串聯(lián)電抗器安全穩(wěn)定運(yùn)行。 本次電抗器發(fā)生灼燒故障就是量變達(dá)到質(zhì)變過程，通過日常運(yùn)行巡視很難發(fā)現(xiàn)電抗器細(xì)微的隱患。

（3）通過調(diào)取 2020 年 3 月（35kV#1FC A 相電抗器）AVC 電壓調(diào)節(jié)曲線， 發(fā)現(xiàn)當(dāng)日前半夜電壓波動(dòng)異常頻繁，35kV #1FC 發(fā)出的無功波動(dòng)明顯。 運(yùn)行值班人員如能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的電壓波動(dòng)，進(jìn)行充分分析判斷，也許就能規(guī)避電抗器發(fā)生此次灼燒故障。

通過此次電抗器典型故障分析，對(duì)技術(shù)人員提出了新的要求。 在日常檢修過程中要針對(duì)電容器組配套設(shè)置的串聯(lián)電抗器進(jìn)行有目的檢修工作，以達(dá)到限制合閘涌流和限制諧波的目的，保障光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流穩(wěn)定性，促進(jìn)新能源的可持續(xù)發(fā)展。

總之， 通過運(yùn)行分析提高工作人員的工作水平，應(yīng)當(dāng)多培養(yǎng)太陽能光伏設(shè)備的從業(yè)人員，只有這樣才能穩(wěn)步提升太陽能光伏的應(yīng)用水平。 在此過程中，提高工作人員的工作能力和作業(yè)水平是重中之重。 想要達(dá)到這樣的效果，建立完善而又科學(xué)合理的運(yùn)行分析制度就顯得十分必要。 在建立了該制度的基礎(chǔ)上，才能實(shí)時(shí)掌握太陽能光伏設(shè)備的運(yùn)行狀況，并對(duì)其運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題加以改進(jìn)。