李其盛

（國網(wǎng)天津市電力公司寧河供電分公司）

0 引言

目前，提高電網(wǎng)功率因數(shù)控制是增強(qiáng)電網(wǎng)安全運(yùn)行和平穩(wěn)性的有效方法之一，其原理在于應(yīng)用并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量。但是在其運(yùn)行期間，鐵心燒毀現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，為控制此類問題的出現(xiàn)，減少損失，應(yīng)做好燒毀原因分析，落實(shí)防止鐵心過熱的有效措施。

1 無功補(bǔ)償裝置（并聯(lián)電容器）概述

作為電力系統(tǒng)中常用的無功補(bǔ)償裝置，并聯(lián)電容器主要作用在于保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，然而在其實(shí)際運(yùn)作過程中，難免涉及電容器合閘涌流問題，而這會影響到熔斷器等設(shè)備的選取。當(dāng)系統(tǒng)中沒有部署串聯(lián)電抗器時(shí)，合閘涌流公式為：

式中，分別涉及電容器涌流峰值、電容器組額定電流、電容器容量、電容器組安裝處的短路容量，這幾項(xiàng)參數(shù)依次由Is、In、Q、S表示。根據(jù)公式（1）可知，接入處的短路容量與電容器組容量之間存在密切關(guān)聯(lián)，其所具有的反比例關(guān)系使得前者越大，后者越小，在該情況下，為避免電力系統(tǒng)受到合閘涌流的影響，常通過串聯(lián)電阻器予以限制［1］。

2 基于實(shí)例分析10kV電容器組串聯(lián)電抗器鐵心燒毀原因

為增強(qiáng)該規(guī)格電容器組串聯(lián)電抗器鐵心燒毀原因分析的真實(shí)可靠性，故引入具體案例展開原因分析。

2.1 事故實(shí)例

某變電站的電抗器出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，且傳來明顯燒焦氣味，拉閘斷電后，經(jīng)現(xiàn)場人員觀察，主要來自B相鐵心，發(fā)現(xiàn)絕緣筒和環(huán)氧樹脂在高溫條件下出現(xiàn)變性分解，并形成了流體和殘?jiān)?。同時(shí)，在高溫條件下，防噪聲漆出現(xiàn)明顯熔化、剝落現(xiàn)象，且經(jīng)外觀觀察，電抗器鐵心柱表面存在大量木屑灰塵。經(jīng)設(shè)備查詢資料發(fā)現(xiàn)，發(fā)生此事故前兩日出現(xiàn)一次“保護(hù)啟動(dòng)”，通過提取對應(yīng)波形分析，確定保護(hù)啟動(dòng)原因是過電流。

2.2 原因分析

為梳理本次事故的發(fā)生原因，立足于案例事故處理過程開展原因分析，通過逐一排查確定事故發(fā)生原因。

2.2.1 故障原因排查

（1）容量不匹配原因分析。確?，F(xiàn)場安全性后，對電容器接線進(jìn)行檢查，對電容器組參數(shù)和電抗器參數(shù)進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)二者相匹配，這意味著可排除容量不匹配這一事故原因。

（2）諧波電流原因分析。開展不間斷電壓監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，并未出現(xiàn)諧波異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)電能處于穩(wěn)定狀態(tài)，這意味著可排除諧波電流這一事故原因。

（3）將出現(xiàn)異常的電抗器返至供應(yīng)廠商開展專業(yè)試驗(yàn)工作，發(fā)現(xiàn)三相直阻相差小。而且，在后續(xù)的溫升試驗(yàn)中，B相電抗值升高且整個(gè)過程速度較快，2h達(dá)到該設(shè)備的絕緣耐受溫度。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。

表基于電抗器的溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)

完成升溫試驗(yàn)后，解剖電抗器，檢查出現(xiàn)冒煙情況的B相，發(fā)現(xiàn)無論是氣隙隔板還是上部樹脂，都在高溫作用下呈碳化狀態(tài)。檢查A相和C相，發(fā)現(xiàn)上述部位也因高溫呈明顯開裂狀態(tài)。經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析，可以確定，本次電抗器燒毀的原因是B相鐵心溫度過高，由此帶來的高溫條件對周圍絕緣材料造成影響，在超過此類材料可承受的溫度上限后，使得材料分解燃燒，進(jìn)而帶來更高溫度環(huán)境，B相過熱，在鐵心熱傳導(dǎo)的作用下，A相和C相鐵心也過熱，使得A相和C相的絕緣材料老化開裂。

2.2.2 事故原因分析

從電抗器工作狀態(tài)來看，當(dāng)電抗器處于運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，存在交變電流和交變磁通，這使鐵心中產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流垂直于磁通方向，主要流轉(zhuǎn)于平面內(nèi)環(huán)，隨著電抗器的運(yùn)作，不斷積累的渦流損耗導(dǎo)致鐵心發(fā)熱。針對這一情況，為實(shí)現(xiàn)對渦流損耗的有效控制，可將變壓器鐵心調(diào)整為硅鋼片材質(zhì)，依托于其絕緣性，使其在狹長形的回路中縮小渦流通過截面，以此實(shí)現(xiàn)渦流通路上電阻的增大。此外，該材料可有效增大材料電阻率，從而進(jìn)一步減消渦流。

在本文案例事故中，電抗器B相鐵心運(yùn)行過熱是引發(fā)事故的主要原因，而導(dǎo)致B相鐵心運(yùn)行過熱的原因主要體現(xiàn)在前期安裝過程中。即：在電抗器鐵心裝配過程中，存在少部分硅鋼片具有綁扎不到位的情況，甚至固定工作也不夠規(guī)范，但無法確定是安裝環(huán)節(jié)造成的還是生產(chǎn)運(yùn)輸導(dǎo)致的，這是因?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)都有可能導(dǎo)致硅鋼片松動(dòng)錯(cuò)位。而在硅鋼片松動(dòng)錯(cuò)位情況下，將直接影響到鐵餅間氣隙，導(dǎo)致其失效，進(jìn)而出現(xiàn)氣隙短路，在短路處，渦流損耗不可避免的增大，隨著電抗器的運(yùn)作，鐵心溫度逐漸升高，直至超過高溫閾值。此外，雖然A相和C相存在絕緣材料老化開裂現(xiàn)象，但將其鐵心柱拆開，發(fā)現(xiàn)鐵餅排列整齊，整體完好，由此可見，A相和C相出現(xiàn)的絕緣材料老化開裂問題，完全是受B相影響導(dǎo)致的。

3 圍繞原因分析總結(jié)防范措施

針對本次案例事故，經(jīng)現(xiàn)場事故排查與原因分析后發(fā)現(xiàn)，電抗器質(zhì)量的關(guān)鍵在于前期的生產(chǎn)制造與安裝。因此，10kV電容器組串聯(lián)電抗器安全事故防范要點(diǎn)可總結(jié)如下。

3.1 嚴(yán)格控制工藝質(zhì)量，做好運(yùn)輸及安裝管理

為從根源上減少甚至避免故障事故的發(fā)生，相關(guān)人員應(yīng)從根源上落實(shí)相關(guān)控制工作，比如生產(chǎn)工藝質(zhì)量通知等。以鐵心硅鋼片為例，加強(qiáng)管控這一零部件的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)和技術(shù)操作，比如剪切、疊裝、綁扎定位、夾件安裝等。與此同時(shí)，為避免運(yùn)輸期間對電抗器造成的質(zhì)量影響，應(yīng)合理規(guī)劃運(yùn)輸路線，確保運(yùn)輸路線相對較短，且地勢平坦，做好防振措施，避免運(yùn)輸期間出現(xiàn)大幅度顛簸。待電抗器抵達(dá)現(xiàn)場后，應(yīng)輕吊輕放，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙落實(shí)裝置部署，開展實(shí)際安裝作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)禁一切沖擊，并在安裝后對電抗器緊固件的狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，確保無松動(dòng)情況，一旦發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，則要及時(shí)開展緊固工作［2］。

3.2 定期清理雜物，做好維護(hù)工作

從案例事故的現(xiàn)場檢查、觀察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場電抗器表面存在大量木屑、灰塵、雜物，而這不僅對電抗器表面散熱造成影響，還會導(dǎo)致散熱氣道出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，在該情況下，電抗器內(nèi)部運(yùn)行溫度無法順利排出，進(jìn)而導(dǎo)致電抗器逐漸升溫。因此，為避免鐵心燒毀事故的發(fā)生，相關(guān)工作人員應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場維護(hù)工作，在日常巡檢、維護(hù)期間做好電抗器表面清理清潔工作，避免有雜物堆積在電抗器的氣道處。除此之外，結(jié)合電抗器資料文件及相關(guān)記錄，根據(jù)其運(yùn)行時(shí)間的長短及時(shí)開展鐵心柱散熱通道、線圈散熱通道等處的清理工作，確保電抗器順利通風(fēng)、散熱，避免熱量積累，以此降低鐵心燒毀事故的發(fā)生概率。另外，在設(shè)計(jì)、規(guī)劃現(xiàn)場巡檢與維護(hù)工作時(shí)，應(yīng)提高對電抗器的重視程度，應(yīng)將其納入到巡檢重點(diǎn)中，尤其在變電站運(yùn)作負(fù)荷高峰期，相較于以往的巡檢和維護(hù)次數(shù)，應(yīng)適當(dāng)增加有關(guān)于電抗器巡檢和紅外測溫等工作的開展次數(shù)，確保相關(guān)故障、隱患的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)切除電容器裝置，盡可能控制故障事故的影響范圍。在當(dāng)前時(shí)代背景下，開展巡檢工作時(shí)，還可充分借助信息技術(shù)、智能化軟件的功能作用，比如，為有效控制電抗器的運(yùn)作溫度，及早發(fā)現(xiàn)溫度異常，可將智能化信息采集設(shè)備與高溫報(bào)警裝置安裝在電抗器上，依托于通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對電抗器工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是關(guān)鍵、絕緣薄弱部位的維護(hù)檢查［3］。

3.3 加強(qiáng)現(xiàn)場安裝和試驗(yàn)工作，定期測量諧波分量

加強(qiáng)現(xiàn)場安檢和試驗(yàn)工作，實(shí)時(shí)掌握室外串聯(lián)電抗器的運(yùn)作狀態(tài)，及時(shí)掌握其運(yùn)作期間出現(xiàn)的各類異常情況，比如是否出現(xiàn)絕緣損壞，或是斷股等現(xiàn)象，通過現(xiàn)有隱患的及時(shí)處理避免故障發(fā)生。另外，做好外觀檢查，判斷線匝絕緣是否出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，判斷玻璃纖維是否出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，以及各條進(jìn)出線的焊接情況。在條件允許的情況下，定期開展變電站諧波分量測量工作，依托于電抗器參數(shù)的定期調(diào)整優(yōu)化其運(yùn)作狀態(tài)，控制系統(tǒng)諧波帶來的影響，比如燒毀故障等，同時(shí)，調(diào)度部門應(yīng)減少天氣突變時(shí)對電容器運(yùn)行方式的改變。

4 結(jié)束語

綜上所述，電抗器作為電網(wǎng)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，但在其運(yùn)行過程中極易出現(xiàn)鐵心燒毀等現(xiàn)象，針對這一問題，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)故障情況做好現(xiàn)場分析，逐一排查故障原因，以此為基礎(chǔ)制定、落實(shí)相應(yīng)的防范措施，以此提高電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。