高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題分析及處理

馬豫魯 曹夢超 趙寬

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，我國的高壓電力行業(yè)建設(shè)的發(fā)展也有了很大的改善。高壓電抗器箱沿螺栓過熱是威脅電抗器安全運行的因素之一。本文分析了引起電抗器箱沿螺栓過熱問題的可能原因，通過對某海上風(fēng)電場海上升壓站電抗器箱沿螺栓過熱實例的分析，正確判斷出螺栓過熱的原因并提出有效的解決方案，消除了螺栓過熱的問題，最后總結(jié)了類似變壓器、電抗器箱沿螺栓過熱問題的處理方法。

關(guān)鍵詞：高壓電抗器箱沿螺栓;過熱問題分析;處理

引言

線路并聯(lián)電抗器可以補償線路的容性充電電流，限制系統(tǒng)電壓升高和操作過電壓的產(chǎn)生，是交流線路不可缺少的設(shè)備。作為大型充油設(shè)備，其內(nèi)部氣體含量可作為日常巡視的重要內(nèi)容，當(dāng)發(fā)現(xiàn)氣體含量升高時應(yīng)及時進行檢查處理，必要時進行停電解體，尋找故障點。

1過電壓產(chǎn)生機理分析

真空斷路器在開斷感性負載時，電網(wǎng)狀態(tài)的變化導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部電容和電感間的電磁能量相互轉(zhuǎn)換，造成振蕩，產(chǎn)生操作過電壓。當(dāng)電弧電流小，斷路器滅弧能力強，強制熄弧時，則會產(chǎn)生截流過電壓。同時真空斷路器開斷過程中，觸頭兩端的恢復(fù)電壓為母線側(cè)工頻電壓和負載側(cè)高頻振蕩電壓疊加形成，若斷路器介質(zhì)動態(tài)絕緣強度不足會導(dǎo)致斷路器再次擊穿，上述過程在開斷過程中反復(fù)發(fā)生，多次電弧重燃會造成電壓級升，會在斷路器觸頭兩端疊加產(chǎn)生極高的恢復(fù)過電壓，即重燃過電壓。真空斷路器在進行開斷動作時，若斷口處絕緣強度回復(fù)能力低于斷口處工頻額定電壓與截流過電壓的電壓差，就會在斷口處發(fā)生擊穿造成電弧重燃，此時QF相當(dāng)于閉合狀態(tài)，電路中Lt，Ct，Cs構(gòu)成震蕩電路，在母線側(cè)產(chǎn)生過電壓。通過以上分析可以得出以下結(jié)論：1）相對于截流過電壓而言，重燃過電壓的頻率更高、陡度更大，且會造成母線側(cè)過電壓，具有更大的危害性。2）通過式（1）可知，若該母線上出線間隔較多，線路對地等效電容Cs較大時，對于過電壓會起到明顯的抑制作用。3）難以持續(xù)燃弧的小電流回路在開斷過程中易發(fā)生多次重燃，形成多次重燃過電壓，對回路中的電力設(shè)備帶來極大的危害。

2并聯(lián)電抗器合閘過程分析

2.1熔斷器特性

當(dāng)電路中的電流超過規(guī)定值一段時間后，熔斷器因自身發(fā)熱達一定溫度，使熔體熔化，從而使電路斷開。該特性為安秒特性，為動作電流和動作時間特性，也叫反時延特性，即：過載電流小時，熔斷時間長;過載電流大時，熔斷時間短。從焦耳定律可知，Q=I2·R·t。在串聯(lián)回路里，熔斷器的電阻值不變，發(fā)熱量與電流的平方成正比，與發(fā)熱時間t成正比。也就是說，當(dāng)電流較大時，熔體熔斷所需用的時間較短;而電流較小時，熔體熔斷所需用的時間較長。在小于特定電流時，熔體熱量積累的速度小于熱量擴散的速度，溫度不會上升到熔體熔點，熔斷器就不會熔斷，此為熔斷器的最小熔斷電流。所以，在一定過載電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流及時恢復(fù)正常時，熱量并未累積至使熔體到達熔點，故熔斷器不會熔斷，可繼續(xù)使用。一般定義熔斷器熔體的最小熔斷電流與熔體的額定電流之比為最小熔化系數(shù)，常用熔斷器熔體的熔化系數(shù)大于1.25，也就是說，額定電流為10A的熔體在電流12.5A以下時不會熔斷。從安秒特性可以看出，熔斷器特性與電壓無關(guān)。在經(jīng)過最小熔斷電流值時，熔斷器動作時間將趨于無窮大。在上述實際試驗情況下發(fā)生熔斷器動作時，限流熔斷器動作時間均小于2s。因此，考慮是瞬時電流超出熔斷器最小熔斷電流，導(dǎo)致短時間大范圍熔斷器動作。限流熔斷器動作的原因，一般考慮為過電流。但在以上情況下，單臺干式電抗負載與多臺并聯(lián)干式電抗負載相比，考慮到實際使用時，合閘暫態(tài)過程中各支路接觸器合閘時間因通信和各元器件的細微差別，合閘時間不會在同一瞬間。因此，應(yīng)該考慮非理想情況下，多臺并聯(lián)干式電抗負載合閘的分散性造成的影響，導(dǎo)致瞬間涌流時間超出，導(dǎo)致熔斷器動作。

2.2電抗器合閘涌流

電抗器投入系統(tǒng)運行的瞬間，因為電感線圈電流不能突變，就要承受合閘涌流的沖擊。在發(fā)生合閘涌流時電壓降低，電流會超過額定值，然后慢慢恢復(fù)成正常運行狀態(tài)。而在該試驗中，多臺并聯(lián)電抗器合閘時，不同斷路器合閘時間具有分散性，在合閘瞬間，出現(xiàn)涌流的時間不會完全一致，加長了熔斷器超出最小熔斷電流的時間，從而發(fā)生熔斷。

3故障處理

為了解決箱沿螺栓發(fā)熱的問題，首先將發(fā)熱較為嚴重的這兩個箱沿螺栓拆除，對螺孔附近箱蓋上的油漆進行清理打磨，然后在箱沿上下跨接一根60mm×6mm的銅排，同時將墊片1更換為絕緣墊片，將墊片2更換為導(dǎo)電率較高的銅墊片，實現(xiàn)將油箱上、下沿短接的效果，使電流從短接銅排流過。利用鉗形電流表分別測量流過1號螺栓短接銅排的電流是14A，流過2號螺栓短接銅排的電流是39A。經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測試儀對這兩個箱沿螺栓的溫度進行測量，發(fā)現(xiàn)2號螺栓的溫度已經(jīng)和其他螺栓的溫度接近，大約50℃。而1號螺栓的溫度仍然較高，大約93℃。由此可見在增加短接銅排及更換墊片之后2號螺栓溫度過高的問題已經(jīng)解決，1號螺栓溫度仍然過高。觀察后發(fā)現(xiàn)，1號螺栓距離電抗器B相較近，可能是B相引線漏磁產(chǎn)生渦流導(dǎo)致1號螺栓過熱。用同樣大小規(guī)格的反磁鋼螺栓替代溫度過高的1號螺栓，經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測試儀對1號螺栓的溫度進行測量，其溫度下降至63.2℃左右。由此可見，1號螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流造成螺栓過熱，更換成反磁鋼螺栓后，使穿過箱沿螺栓的漏磁通的大小和分布發(fā)生了變化，溫度下降比較明顯。停電檢修時，將整個電抗器的箱沿螺栓通過力矩扳手整體緊固，使得漏磁經(jīng)過油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個箱沿螺栓流過。電抗器帶電后再次利用紅外測試儀對所有箱沿螺栓的溫度進行測量，溫度顯示基本在49～52℃左右。

結(jié)語

將因短路電流引起過熱的螺栓與箱沿絕緣，用導(dǎo)電率較高的銅排、銅導(dǎo)線或者硅鋼片將其短路或者接地，使短路電流通過銅排或者銅導(dǎo)線流過。類似的方法還包括在溫度較高的箱沿螺栓外側(cè)焊接導(dǎo)流件。

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