《电力标准化1995年第与计量》4期关于串联电抗器应用中的一些问题西南电力设计院张化良1前言随着电力工业的发展电网中非线性负载也增加了。因为非线比负载会产生多频率的谐波电流,通常就把它们看成谐波电流源。谐波会使正弦波电压发生畸变,对电网、电力设备、工业产品以及通讯均有不利影响。而且,并联电容器对谐波呈现低阻抗,所以,它最容易受谐波影响以至损坏。同时并联电容器组投入电网又将对谐波产生放大作用,使电容器白身运行长件变坏。并联电容器组投入电网时会产生高频涌流,电容器组数愈多投入时涌流倍数愈大。高幅值、:荡频率的涌流会损坏并联电容器组回路设备。因此,抑制谐波和限制涌流是非常必要,的对电容器组来说采取的措施就是装设串联电抗器,串联电抗器是并联电容器装置的重要配套设备。我们在编制国家际准《并联电容器装置设计规范》(以下简称电容器规范)调研中了解到由于串联电抗器应用不当出了不少问题,当然,一也不乏因产品质量不好造成的小饮为防山不正确的方式在工程中应用,电容{毕规范中对设备的参数选择、、布置安装涵风、。水等技术问题都有规定木文结台电存污衬一…条文规_定,一钊对串联电抗器应用中、、勺一些阿哪脸行分{斤讨i仑。、忿串联电抗器应用的有关,`提克2}设备选型80年代初期,电容器组装串联电杭器的比较少采旧的产品主要是油浸式电抗器个另lJ屋内电容器组采用水泥电抗器。近儿年已较普遍,使用的产品有油浸式铁芯电杭器、电感电阻型限流器而口J卜式空心电抗器也用得相当多了。在电容器规范中对电抗器选塑仅作了原则性规定。根据设备的性能和工程的具体条件要_求可以确定采用卜式空心电抗器或油浸狡铁“L6芯电抗器。干式空心电抗器具有磁化特性好、不饱和、无油、机械强度高、噪声小、维护简单等优点。早期国内需要的干式空心电抗器是从国外进口,现在国内已有多个制造厂相继开发了这种产品,我国的空心电抗器正处于方兴未艾阶段。需要说明,由于原材料的原因目前空心电抗器价格较高,所以,十分迫切地需要采取措施挖掘潜力,降低成本,否则,价格高会制约这种产品的推广应用;另外,从国外进口的干式空心串联电抗器发生了几起因表面污秽引起爬电和一龟裂以及匝间故障国内厂家也应重视这个问题,防患于未然。油浸式铁芯电抗器有正常型和加强型两种产品,可满足不同的装设要求。加强型产品耐受动热稳定的能力比正常型产品高,价格自然也比后者高。从目前国内的情况看小容量的干式空心电抗器比油浸式铁芯电抗器价格贵,中等容量向上,可以达到二者持平甚至空心电抗器价格略低。从最近东北、华北几个sookV变电所没备招标时国外厂家的报价看,油浸式铁芯电杭器反而贵,最高的达到了贵一倍的程度这也会影响设备选型。为了求得一个能接受的合理价格,用户对空心电抗器的损耗值要定得适当,因为要求的损耗越小,制造电抗器的导体截面就越大,价格必然由此而上扬,所以,损耗与价格要综合考虑。关于油浸式铁芯电抗器的运行情况,据调查,这种电抗器在产品设计与制造上,有的存在一些问题:铁忿设计不合理产生环流、设计容量不足、接线端子接触而小,这些因素引起电抗器局部过热、温升高,烧坏接头的现象时有发生。、制造质量差还表现在工艺粗糙渗漏油和绝缘不良因此在设备选型时要了解各种产品的特点各厂产品在使用中的情况,价格差别以及本工程的具体条件,综合分析比较《电力标准化与计量》年第4期选择适合具体工程价格优和质量好的产品,这样才能保护工程投运后的长期安全运行。22电抗率选择串联电抗器的主要作用是限制合闸涌流和抑制谐波。电抗率是串联电抗器的重要参数,其值大小影响它的作用,工程设计必须根据电抗器的作用来确定电抗率。当局部电网中谐波含量很小,装设电抗器的目的仅为限制多组电容器追加投入时的合闸涌流,这种情况可选比较小的电抗率,一般采用的电抗率为。1%一1%,在计及回路连接线电感(可按1拼H/m考虑)影响后,能够将合闸涌流限制到无害程度。当电网中的谐波含量不可忽视时,应考虑利用串联电抗器来抑制谐波。为了能确定合理的电抗率以达到最佳效果,首先要查明局部电网的各次谐波含量,以便对症下药。但是,要想对一个局部电网的谐波含量进行合理控制,是一项难度大的系统工程,今后还需进行深入研究。针对一个具体的变电所抑制谐波的原比是使并联电容器装置对所要抑制的谐波综合、阻抗呈感性,在电容器规范中已作了具体规定按下列方式配置电抗率:①当电网背景主谐波为5次及以上时,电抗率可选用45%一6%。由于6%电抗器有明显的放大3次谐波的作用,因此,在需要兼顾降低对3次谐波放大时,电抗率宜选用45%。②当电网中有不可忽视的3次谐波或者说它就是主谐波时,电抗率配置有两种方案:全部采用12%的电抗器,或者用45一6%与12%两种电抗率组合的方式。采用后一种方案可节省工程投资和减少电抗器消耗的容性无功,通常在电容器安装总容量大和组数较多的变电所中应用。这里再说明一点,因为12%电抗器经济性优于13%电抗器,而且,31%电抗器需配用的电容器额定电压高,电抗器容量大自身消耗无功多。所以,在电容器规范送审稿审查会上与会代表一致同意今后不用13%的电抗器。另外,在一个变电所里配置两种电抗器电容器也要用两种规格,电容器的备品也应有两种,不同电抗率电容器组的投切顺序要加以限制(投入:先12%后45一6%;切除:21%要放在最后),这样各组电容器的运行时间不能达到均匀分配,有的运行单位不喜欢限制运行方式,这就需要工程设计时协调处理。45%电抗器前几年一直有人持异议,但这种电抗器在河北省已有10年的运行经验,实践证明效果好,电网实测数据、计算机模拟计算值都可以看出,45%电抗器对3次谐波的放大比6%电抗器小。但需注意,河北省地区采用这种电抗器,并作了一条特殊规定,即不允许电容器组缺台运行,只要有一台电容器故障,外熔丝熔断,不平衡保护也要动作使整组停运。有人在分析这种电抗器时,仍假设电容器缺台运行,说电抗率下降到4%时会产生谐振,但没有对这种假设作试验验证,缺乏科学依据,设计电容器组的不平衡保护时需要注意保护动作条件。23可改变电抗率的电抗器增加电抗器抽头以便在需要时改接抽头,改变电抗率,前几年就有人提出这种想法但没有在工程中应用。湖南针对本省电网出现的问题,一些变电所里的并联电容器装置装设的是6%电抗器,由于谐波产生过流,使电容器组不能全投,电网又需要无功,为解决电网无功平衡,造成另一些变电所的无功补偿装置满载运行。这些不能投运的电容器组作用得不到发挥也不能作无功备用,影响了电网的安全经济运行。为了解决这个问题,湖南省电力试验研究所与有关单位协作在长沙地区的22k0V天顶变和邵阳地区的22k0V宝庆变,进行了大量的试验研究。他们认为,作为无功补偿电容器组,电抗率不一定全部采用5%或12%可以考虑部分电容器组串联小电抗。他们的试验采用了短接部分电容器组的串联电抗器或改变电抗器抽头,减小阻抗,然后对谐波电压和谐波电流进行了测试,得到大量的数据,验证了改变电抗率是可行的,对于这两个变电所确实有良好的效果。这种措施的原理是改变并联电容器装置与电网的谐振频率,避开谐振点(采用的是将谐振点上移的方法),抑制了谐波的过度放大。这种方案17《电力标准化与计量》599年第期14比更换电抗器投资省,容易实现。必须指出,调整电抗器抽头,改变电抗率,必须进行现场试验,不得盲目进行。因为,具体情况不一样,实际效果不会相同。前述两个变电所的试验研究报告中有详细的数据和大量的波形图,可以对各种情况进行对比分析。带有中间抽头的油浸式铁芯电抗器,保定第二变压器厂已首先试制成功,安装在岳阳地区的华容变,并已申报为专利产品。西安也研制出了这种产品。有产品供货,今后扩大应用就有了条件。但是,变参数电抗器仅在局部地区试用,目前所作的研究是减小串联电抗器的电抗,值若增加电抗值情况又如何没有作过试验。变参数电抗器应用的时间不长现在尚未列入产品际准和并联电容器装置设计标准,需要进一步在实践中总结经验。以后工程设计要根据本地实际情况进行技术分析,不能一概而论,遍地开花避免造成不必要的浪费。以后应对这项工作进行总结,提出合理的变参数电抗器技术条件工程适用范围以及提出调整抽头时应作的验证试验内容和应达到的效果,使其应用有比较可靠的科学依据。2屯关于退出电抗器运行退出电抗器运行类似改变电抗率,把电抗率降到了零(不计连接线电感)。河南省为了解一决电容器组的投运问题退出r部分电容器组的电抗器。河南汤阴220kV变电所,l)(kV侧装有6红l电容器由于受谐波和电容器额定电压的影响,在198生年和19肠年所作的两次投运试验中,只能投运两组电容器,而且运行也不正常多次发生设备损坏事故。电网需要无功,现有电容器组不能投运,所以,从1989年起先后对汤阴等5个22okV变电所中的并联电容器装置作了退出电抗器运行的试验研究,进行大量的测试工作,效果不错,解决了电容器组不能投运的间题,经两年的运行检验于1991年召开了个技术研讨会。与会代表对这项试验研究进行了热烈的讨论对针对本地区存在的问题进行科学研究工作应当肯定。但是,对这项成果是否可以扩大应用与会代表持异议,认为一条母线上接有多组电容器,不装电抗器在多组追加投入时的合闸涌流必然加大,长期运行中的频繁投切、回路设备将受到多大程度的不利影响,尚不能断定,需要实践检验与深入研究对这项措施的实施应当谨慎。25串联电抗器接人位置从抑制谐波和限制涌流来说,串联电抗器装在电容器组的电源侧或中性点侧均一样但装电源侧兼有限制短路电流的作用。因为把电抗器装在中性点侧可以承受较低的对地电压,可不受短路电流的冲击,对动热稳定没有特殊要求,可减少事故,运行更加安全。所以,装中性点侧可以采用普通型电抗器。已经有过电杭器装电源侧出事故的例子,东北地区某变电所母线短路时造成装在电源侧的电抗器油箱爆炸起火,河北省也有过同样的事故,应引以为训。因此,在设计标准中推荐装中性点侧。应当指出,需要把电抗器装在电源侧时,由于动热稳定不能满足要求而不能采用普通型电抗器,应当采用加强型电抗器,而且要根据接入点的电网条件计算短路电流,产品能满足动热稳定要求时才能采用。加强型电抗器技术要求、价格贵、装电源侧运行条件苛刻,户高而月加强型产品也不一定能满足要求。厂家的成套装置通常把加强型电抗器放在电源侧,在采用成套装置时,一定要核对动热稳定参数。2.6串联电抗器的额定值在串联电抗器的额定值中,额定电压是一个重要参数。额定端电压和额定电抗率与之有关。在电力行业标准《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》发布以后大部分厂家的产品参数是符合该标准要求的但有少数产品参数与标准规定不相符下面列表说明二者差别。从表一的各项数据可以看出,一序号2、3、5、6标准要求值与厂家产品样本的参数是不一样的,其他5项都相同。请注意序号4额定电抗率,样本上标明为6%,实际上它并不是6%由下面的计算可以看出:99《电力标准化与计量》表一年第期标准要求同产品参数比较表标准值值1OO序号1项目厂家样本值值lO)电网标称电压k(V)23(串联电抗器额定电压kV))V上l1005串联电抗器额定端电压k(额定电抗率(%额定电抗率))038王36444665)串联电抗器额定电流(A)2624274767串联电抗器每相电抗(n)配套电容器组额定电压k(V配套电容器组额定容量k(串联电抗器额定容量`vkv1)1455~工33311//了飞150000了万8盯)50000ra{3000按标准的规定电抗率K由上表知Xc,一凡/Xc干式空心电抗器有水平安装和三相叠装两种产品。X。133n一.水平安装又有一字形排列和三角形排,U氛又1000一Q/3列两种形式这种布置可拉开相间距离防止相间短路但占地多对水平布置的产品可以向厂1,。式中ucN一一电容器组额定电压(kV);/1/:-j-家提出要求适当缩小直径增加线圈高度减少一些占地三相叠装的产品占地最少其线圈。,Q-一(电容器组容量`(2500帐var)。绕制方向和支持瓷瓶受力在产品设计时有特殊2(几)则X一11户厂互、火100。5000/3七24考虑安装时叠装顺序不能弄错通常三相叠装式产品比水平安装的要贵一些设计标准推荐的是水平安装。,,。K一精5、55%造成二者差异的原因是串联电抗器的额定电压下4干式空心电抗器的特点是线圈磁力线终周。K值为5%并不是不能用如果引伸一4,围空间形成闭合回路设备周围存在着强磁场接地体)中引起的电磁感应电流和电动力效应,。,,,按产品样本值,,5%推算其实际值为,,为减少它在邻近导体(包括铁磁性金属部件及,1%考虑到产品的阻抗误差假设K值已到54%对次谐波是滤波器工况过电流是否会。,厂家在产品样本中要提供防电磁感应范围要造成电容器故障很难说工程设计时应注意按照标准规定串联电抗器的额定电压应与电容器组额定电压相配合否则就会造成上述差异2求安装设计应予满足国外产品对防电磁感应要求比较严格防磁距离就有两个对金属部件的距离;对形成闭合回路的金属部件的距离后一个距离要求比前一个大得多甚至要求对设,:,。7电抗器布置安装油浸式铁芯电抗器类似变压器工程设计,备基础中的钢筋捆扎采用绝缘包带把交叉点绝缘起来某工程的并联电抗器是干式空心产品没备安装时在其四周设置了钢丝网围栏可以按变压器有关要求进行安装布置据调查,,。。,。个别屋内并联电容器装置配用的油浸式铁芯电抗器没有设防爆间隔也无贮油池,围栏多台油浸,对电抗器的距离符合厂家要求但用钳形电流表测量了钢丝网上的感应电流达。式铁芯电抗器在屋外安装时也没有考虑防火一旦失火后果严重,。,。、6。多安培发电厂变电所防火规范这将造成很大的损耗如果围栏接地不良还会影啊运行人员的安全工程设计时还需注意电抗器支持瓷瓶的金属底座接地应采用开正在制定油浸式电抗器作为充油设备要执行规范的规定:1[19环形1995年第4期《电力标准化与计量》接地极,并应有两点以上与主网相连。多次事故,运行单位已多次提出意见。如果参照28其他有关问题油浸变压器容量设置瓦斯保护,则只有大容量(1)在一条母线上原有电容器组无串联电容器组配用的电抗器才够条件,显然不合适。电抗器,就扩建的电容器组拟装串联电抗器,对经研讨多次,电容器规范中建议,电抗器容量为应于某次谐波,可能出现并联谐振,虽然电源侧.081MVA及以上(相当于电抗率为6乡百时与电流不大,但在两组电容器回路中会产生很大30。。kvra及以上电容器组配套)设置瓦斯保的循环电流,对回路设备有损害。因此,工程设护,工程设计订设备时应向电抗器制造厂提出计必须加以验算。要求。(2)装设串联电抗器将引起电容器端电(6)由于电感电容串并联电路的回路特压升高,如果K一6%,电容器运行电压可能升性,不装设串联电抗器的并联电容器装置投入高达106%。按电容器产品技术条件规定,允许电网,必然会放大电网背景谐波,再考虑到限制过电压11倍长期运行,这时的余度只有4%,多组电容器追加投入时的涌流,装设一定电抗在设计过电压保护考虑整定值时应该注意。率的电抗器,对电网和并联电容器装置均为有在采用可变参数电抗器时,电容器的额定利。电压应按电抗率最大值选择,反之电容器不满7()有串联电抗器的并联电容器装置,不足过电压要求。需要说明,当电抗率调到最小值能随意改变电容器组容量,因为,增加容量会使时因电容器的运行端电压减小而将引起电容电抗器过载减少容量可能引起谐波过分放大。器组输出的无功有所下降。为了怕电抗器过载把容量大的电抗器用在较小(3)电容器组的合闸涌流计算经浙江电容量的电容器组中,同样是错误的,也不允许。力试验研究所研究,提出了一个工程实用简化3结束语汁算式,当有两种电抗率的电抗器混装时可以串联电抗器是并联电容器装置中重要的配在附加条件下用简化式计算,该公式已列入电套设备,其正确应用关系着并联电容器自身和容器规范的附录中。电网的运行安全。设计、运行管理和制造厂均应(4)油浸式铁芯电抗器在涌流作用下铁重视串联电抗器应用中出现的问题,要开展理芯会产生磁饱和,从而引起电抗值下降并产生论与实践相结合的科研工作,把设备制造和应谐波放大,选择设备一定要用抗涌流好的产品。用都提高一步。(5)油浸式铁芯电抗器虽类似变压器,但(收稿日期:1995一()5一11)一直没有瓦斯保护,无法反应内部故障,已发生(上接第8页)无计算机监控系统的水电站,在设置监测常方便。而速度和加速度传感器标定相对困难,装置时未考虑30MW以上的机组,这主要是尤其低频标定需要专门的振动标定台,一般计考虑到今后设计的单机容量在30Mw以上的量机构不能解决,所以从该角度考虑电涡流位水轮发电机组一般都会有计算机监控系统。移传感器比较合适。3附加说明f从经济角度考虑31该导则与即将编写的《水轮发电机组振动三种基本传感器,电涡流位移传感器和速监测装置基本技术条件》、《水轮发电机组振动度型传感器较便宜,加速度传感器较贵,所以一标准》配套使用。般情况下小电站可以不考虑配置加速度传感32本导则是按现有技术制定的,不阻碍新技器。术、新产品的应用。2.7关于’,7监测装置设置”的说明(收稿日期:1995一〔)5一〔)3)20