10kV电容器组串联电抗器铁心烧毁原因分析

李其盛

（国网天津市电力公司宁河供电分公司）

0 引言

目前，提高电网功率因数控制是增强电网安全运行和平稳性的有效方法之一，其原理在于应用并联电容补偿装置改善系统电压质量。但是在其运行期间，铁心烧毁现象经常发生，为控制此类问题的出现，减少损失，应做好烧毁原因分析，落实防止铁心过热的有效措施。

1 无功补偿装置（并联电容器）概述

作为电力系统中常用的无功补偿装置，并联电容器主要作用在于保证系统电压的稳定性，然而在其实际运作过程中，难免涉及电容器合闸涌流问题，而这会影响到熔断器等设备的选取。当系统中没有部署串联电抗器时，合闸涌流公式为：

式中，分别涉及电容器涌流峰值、电容器组额定电流、电容器容量、电容器组安装处的短路容量，这几项参数依次由Is、In、Q、S表示。根据公式（1）可知，接入处的短路容量与电容器组容量之间存在密切关联，其所具有的反比例关系使得前者越大，后者越小，在该情况下，为避免电力系统受到合闸涌流的影响，常通过串联电阻器予以限制［1］。

2 基于实例分析10kV电容器组串联电抗器铁心烧毁原因

为增强该规格电容器组串联电抗器铁心烧毁原因分析的真实可靠性，故引入具体案例展开原因分析。

2.1 事故实例

某变电站的电抗器出现冒烟现象，且传来明显烧焦气味，拉闸断电后，经现场人员观察，主要来自B相铁心，发现绝缘筒和环氧树脂在高温条件下出现变性分解，并形成了流体和残渣。同时，在高温条件下，防噪声漆出现明显熔化、剥落现象，且经外观观察，电抗器铁心柱表面存在大量木屑灰尘。经设备查询资料发现，发生此事故前两日出现一次“保护启动”，通过提取对应波形分析，确定保护启动原因是过电流。

2.2 原因分析

为梳理本次事故的发生原因，立足于案例事故处理过程开展原因分析，通过逐一排查确定事故发生原因。

2.2.1 故障原因排查

（1）容量不匹配原因分析。确保现场安全性后，对电容器接线进行检查，对电容器组参数和电抗器参数进行对比分析，发现二者相匹配，这意味着可排除容量不匹配这一事故原因。

（2）谐波电流原因分析。开展不间断电压监测工作，根据监测结果，并未出现谐波异常现象，系统电能处于稳定状态，这意味着可排除谐波电流这一事故原因。

（3）将出现异常的电抗器返至供应厂商开展专业试验工作，发现三相直阻相差小。而且，在后续的温升试验中，B相电抗值升高且整个过程速度较快，2h达到该设备的绝缘耐受温度。具体试验数据见下表。

表基于电抗器的温升试验数据

完成升温试验后，解剖电抗器，检查出现冒烟情况的B相，发现无论是气隙隔板还是上部树脂，都在高温作用下呈碳化状态。检查A相和C相，发现上述部位也因高温呈明显开裂状态。经过上述实验与数据分析，可以确定，本次电抗器烧毁的原因是B相铁心温度过高，由此带来的高温条件对周围绝缘材料造成影响，在超过此类材料可承受的温度上限后，使得材料分解燃烧，进而带来更高温度环境，B相过热，在铁心热传导的作用下，A相和C相铁心也过热，使得A相和C相的绝缘材料老化开裂。

2.2.2 事故原因分析

从电抗器工作状态来看，当电抗器处于运作状态时，存在交变电流和交变磁通，这使铁心中产生感应电流。该电流垂直于磁通方向，主要流转于平面内环，随着电抗器的运作，不断积累的涡流损耗导致铁心发热。针对这一情况，为实现对涡流损耗的有效控制，可将变压器铁心调整为硅钢片材质，依托于其绝缘性，使其在狭长形的回路中缩小涡流通过截面，以此实现涡流通路上电阻的增大。此外，该材料可有效增大材料电阻率，从而进一步减消涡流。

在本文案例事故中，电抗器B相铁心运行过热是引发事故的主要原因，而导致B相铁心运行过热的原因主要体现在前期安装过程中。即：在电抗器铁心装配过程中，存在少部分硅钢片具有绑扎不到位的情况，甚至固定工作也不够规范，但无法确定是安装环节造成的还是生产运输导致的，这是因为各个环节都有可能导致硅钢片松动错位。而在硅钢片松动错位情况下，将直接影响到铁饼间气隙，导致其失效，进而出现气隙短路，在短路处，涡流损耗不可避免的增大，随着电抗器的运作，铁心温度逐渐升高，直至超过高温阈值。此外，虽然A相和C相存在绝缘材料老化开裂现象，但将其铁心柱拆开，发现铁饼排列整齐，整体完好，由此可见，A相和C相出现的绝缘材料老化开裂问题，完全是受B相影响导致的。

3 围绕原因分析总结防范措施

针对本次案例事故，经现场事故排查与原因分析后发现，电抗器质量的关键在于前期的生产制造与安装。因此，10kV电容器组串联电抗器安全事故防范要点可总结如下。

3.1 严格控制工艺质量，做好运输及安装管理

为从根源上减少甚至避免故障事故的发生，相关人员应从根源上落实相关控制工作，比如生产工艺质量通知等。以铁心硅钢片为例，加强管控这一零部件的生产加工环节和技术操作，比如剪切、叠装、绑扎定位、夹件安装等。与此同时，为避免运输期间对电抗器造成的质量影响，应合理规划运输路线，确保运输路线相对较短，且地势平坦，做好防振措施，避免运输期间出现大幅度颠簸。待电抗器抵达现场后，应轻吊轻放，严格按照设计图纸落实装置部署，开展实际安装作业时，应严禁一切冲击，并在安装后对电抗器紧固件的状态进行全面检查，确保无松动情况，一旦发现松动，则要及时开展紧固工作［2］。

3.2 定期清理杂物，做好维护工作

从案例事故的现场检查、观察发现，现场电抗器表面存在大量木屑、灰尘、杂物，而这不仅对电抗器表面散热造成影响，还会导致散热气道出现堵塞现象，在该情况下，电抗器内部运行温度无法顺利排出，进而导致电抗器逐渐升温。因此，为避免铁心烧毁事故的发生，相关工作人员应加强现场维护工作，在日常巡检、维护期间做好电抗器表面清理清洁工作，避免有杂物堆积在电抗器的气道处。除此之外，结合电抗器资料文件及相关记录，根据其运行时间的长短及时开展铁心柱散热通道、线圈散热通道等处的清理工作，确保电抗器顺利通风、散热，避免热量积累，以此降低铁心烧毁事故的发生概率。另外，在设计、规划现场巡检与维护工作时，应提高对电抗器的重视程度，应将其纳入到巡检重点中，尤其在变电站运作负荷高峰期，相较于以往的巡检和维护次数，应适当增加有关于电抗器巡检和红外测温等工作的开展次数，确保相关故障、隐患的及时发现，及时切除电容器装置，尽可能控制故障事故的影响范围。在当前时代背景下，开展巡检工作时，还可充分借助信息技术、智能化软件的功能作用，比如，为有效控制电抗器的运作温度，及早发现温度异常，可将智能化信息采集设备与高温报警装置安装在电抗器上，依托于通信网络实现对电抗器工作状态的实时监控，尤其是关键、绝缘薄弱部位的维护检查［3］。

3.3 加强现场安装和试验工作，定期测量谐波分量

加强现场安检和试验工作，实时掌握室外串联电抗器的运作状态，及时掌握其运作期间出现的各类异常情况，比如是否出现绝缘损坏，或是断股等现象，通过现有隐患的及时处理避免故障发生。另外，做好外观检查，判断线匝绝缘是否出现开裂现象，判断玻璃纤维是否出现断裂现象，以及各条进出线的焊接情况。在条件允许的情况下，定期开展变电站谐波分量测量工作，依托于电抗器参数的定期调整优化其运作状态，控制系统谐波带来的影响，比如烧毁故障等，同时，调度部门应减少天气突变时对电容器运行方式的改变。

4 结束语

综上所述，电抗器作为电网运行的重要基础，但在其运行过程中极易出现铁心烧毁等现象，针对这一问题，相关人员应根据故障情况做好现场分析，逐一排查故障原因，以此为基础制定、落实相应的防范措施，以此提高电网运行质量。