35kV系統(tǒng)限流電抗器在變電站中的研究與應(yīng)用

安瑞斌，董加賀，黎雪英

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

德興銅礦是國(guó)內(nèi)大型露天銅礦，大山選礦廠是德興銅礦的三期選礦廠，近年來我礦的供電系統(tǒng)逐漸更新?lián)Q代，將老舊的耗能高的安全性低的供電設(shè)備淘汰，換成新一代的供電設(shè)備，大山變電站電抗器投運(yùn)日期為1996 年，當(dāng)時(shí)投運(yùn)時(shí)電抗器設(shè)計(jì)選型只能滿足當(dāng)時(shí)運(yùn)行條件，但隨著我礦電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，負(fù)荷的不斷增加，大山318#線路限流電抗器由于過負(fù)荷發(fā)生起火故障［3］，后經(jīng)技術(shù)人員進(jìn)行分析，該電抗器早已不能滿足當(dāng)前的運(yùn)行需要。

2 電抗器的作用和使用要求

2.1 電抗器的作用

在電力系統(tǒng)中，限流電抗器主要作用是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，利用其電感特性，限制系統(tǒng)的短路電流，降低短路電流對(duì)系統(tǒng)的沖擊，同時(shí)降低斷路器選擇的額定開斷容量，節(jié)省投資費(fèi)用，提高系統(tǒng)的殘壓。但在限流時(shí)使用電抗器會(huì)導(dǎo)致線路電壓損耗及電能損耗。

2.2 電抗器的使用要求

《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》及GB10229-88《電抗器》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電抗器的選擇必須滿足以下三個(gè)條件：

（1）將電抗器后的短路電流限制在最大允許范圍內(nèi)。

（2）在電抗器后短路時(shí)，要使母線剩余電壓保持一定水平。

（3）正常工作時(shí)，電抗器的電壓損失不得大于母線額定電壓的5%［1］。

2.3 電抗器的額定電壓和額定電流的選擇

用于限制短路電流的電抗器的額定電壓的需要滿足UN≥USN；額定電流的需要滿足IN≥IMAX。

當(dāng)分裂電抗器用于發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)或主變壓器回路時(shí)，IMAX取一般按照發(fā)電器或者主變壓器的額定電流的70%選擇；而用于變電站主變壓器回路時(shí)，IMAX取兩臂中負(fù)荷電流較大者，當(dāng)無負(fù)荷資料時(shí)。一般也按照主變壓器的額定容量的70%選擇［2］。在這里電抗器主要用于我們廠的220kV 的變電站內(nèi)，故我們按照兩臂中負(fù)荷電流較大者取值［2］。

3 我礦大山220kV 變電站電抗器使用現(xiàn)狀

我礦大山變電站電抗器投運(yùn)時(shí)間為1996 年，當(dāng)時(shí)投運(yùn)時(shí)電抗器設(shè)計(jì)選型滿足當(dāng)時(shí)運(yùn)行條件。但隨著我礦電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，負(fù)荷的不斷增加，大山318 線路限流電抗器由于過負(fù)荷發(fā)生起火故障，后經(jīng)技術(shù)人員進(jìn)行分析，該電抗器主要存在如下問題：

（1）電抗器額定電流為200A，而現(xiàn)實(shí)負(fù)荷可達(dá)到250A,由于電抗器不具有抵抗過載的能力，導(dǎo)致了該設(shè)備的起火燒毀。

（2）電抗器的電抗百分值為12%，由于電抗百分值不適合目前的負(fù)荷情況，使得該線路電壓損耗達(dá)到了近7%。這就導(dǎo)致如果采區(qū)用電電壓要求36kV 時(shí)，大山變電站35kV 系統(tǒng)電壓必須調(diào)整到38.7kV。

為滿足采區(qū)設(shè)備的正常運(yùn)行，大山220kV 變電站35kV 系統(tǒng)電壓在電源端必須調(diào)高來補(bǔ)償線路損耗的壓降［4］，從而造成大山220kV 變電站35kV系統(tǒng)電壓過高，輸電設(shè)備絕緣加速老化，發(fā)生故障。

4 大山318#線路限流電抗器使用前后對(duì)系統(tǒng)電壓的影響調(diào)查

大山318#限流電抗器使用前為滿足采區(qū)用電要求，35kV 系統(tǒng)電壓基本在38kV 以上，甚至達(dá)到39.5kV，而且主變隨著負(fù)荷變動(dòng)調(diào)壓頻繁。2017年3 月9 日大山318#限流電抗器發(fā)生故障將其拆除后，318#線路采區(qū)電壓基本達(dá)到38kV 以上，且同大山35kV 側(cè)系統(tǒng)電壓基本一致，要求主變調(diào)壓情況也再無發(fā)生。

表1 大山318 線路限流電抗器拆除前后對(duì)采區(qū)電壓影響調(diào)查（統(tǒng)計(jì)時(shí)間均為13:30）

經(jīng)過表一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和比對(duì)分析，在拆除限流電抗器前大山318#線路電壓損耗基本為4%～9%之間，按平均計(jì)算大概為6.4%以上，且負(fù)荷越大，壓降損耗越大,完全不符合規(guī)程規(guī)定的5%以下。而將電抗器拆除后電壓損耗最高為1.5%。保證了大山318#采區(qū)35kV 電壓處于較高水平，甚至同大山側(cè)同步。通過以上調(diào)查發(fā)現(xiàn)：（1）限流電抗器的使用是導(dǎo)致大山318#線路電壓損耗的第一個(gè)原因。（2）限流電抗器選型不符合現(xiàn)有狀況是導(dǎo)致大山318#線路電壓損耗過大的第二個(gè)原因，也是電抗器燒毀的主要原因。

5 措施

5.1 重新對(duì)電抗器進(jìn)行選型并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

（1）首先研究電抗器在用電安全與節(jié)能效果，電抗器平時(shí)運(yùn)行中產(chǎn)生的壓降隨負(fù)荷變而變化給調(diào)節(jié)電壓質(zhì)量造成困難，在生產(chǎn)負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，電壓降加強(qiáng)，影響其他負(fù)荷運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行將產(chǎn)生巨大能量損耗。

（2）對(duì)電抗器進(jìn)行重新選型。根據(jù)大山318#線路現(xiàn)有實(shí)際最大負(fù)荷及裝電抗限制后所要求的短路次暫態(tài)電流值進(jìn)行重新選型［5］。由公式：XK%≥(IJ/IN-XJ)×(INKUJ/UNKIJ)×100%。得出贛東北供電公司提供的35kV 三相短路電流為9983A，系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值為0.16317，如要求限制短路次暫態(tài)電流為5000A 計(jì)算，可選擇電抗百分值為4%以上，額定電流400A 的電抗器［3］。

表2 電抗器對(duì)富家塢變電站電壓影響表

（3）對(duì)已選擇的電抗器重新進(jìn)行驗(yàn)算

從以上表格中算出正常工作時(shí)的電壓損失， 按 式ΔU%=XN%SIN（IW，MAX/IN） 計(jì)算，取功率因素0.8，最大負(fù)荷電流250A，則ΔU%=6×0.6×250/400%=2.25%＜5%,滿足要求。

在電抗器后短路時(shí)，要使母線剩余電壓保持一定水平，母線的剩余電壓按式UY%≤XK%(IN/IW)計(jì)算，UY%=6×5000/400%=75%＞70% 滿足要求。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和理論校驗(yàn)，選電抗百分值6%，額定電流400A 電抗器較安全。這樣可將318 線路電壓損失在最大負(fù)荷時(shí)也可限制在不超過2.25%。會(huì)對(duì)降低大山35kV 電源側(cè)系統(tǒng)電壓有積極作用［4］。

5.2 全面考慮電抗器選型參數(shù)與當(dāng)前運(yùn)行現(xiàn)狀的符合性

表3 大山35kV 各出線限流電抗器參數(shù)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，目前除大山311、318 線路電抗器不符合運(yùn)行要求外，其他線路負(fù)荷電流均在電抗器額定范圍以下，且電壓損耗均符合規(guī)范要求。按目前負(fù)荷情況下不需要更新，但按照規(guī)程要求，所有電抗器均應(yīng)定期進(jìn)行如下保養(yǎng)和檢測(cè)［5］：

（1）每年測(cè)量繞組直流電阻，與出廠值比較，折算到75℃下電阻偏差不應(yīng)超過2%。

（2）戶外安裝設(shè)備，每3～5 年需重新噴涂RTV，確保防護(hù)效果。

5.3 對(duì)電能損耗影響

根據(jù)《電力網(wǎng)電能損耗計(jì)算導(dǎo)則》2.3.10.4 可理論計(jì)算出電抗器的損耗［6］。

電抗器的損耗電能計(jì)算公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T。

式中：IN 為串聯(lián)電抗器的額定電流，單位，安培（A）；ΔPK為一相電抗器通過額定電流，溫度達(dá)到75℃時(shí)的損耗功率，按廠家提供或由有關(guān)手冊(cè)查得，單位，千瓦（kW）。

我廠大山318#線路串聯(lián)電抗器選用型號(hào)為XkK-35-200-12，生產(chǎn)與1996 年，2002 年安裝投運(yùn)，生產(chǎn)廠家為北京電力設(shè)備總廠。ΔPK的值為8.5kW。

通過對(duì)我廠大山318#線路2017 年3 月9 日～27 日總輸出電量3570240kW·h，計(jì)算出平均電流為120A。通過以上數(shù)據(jù)資料，即可按公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T，計(jì)算得出每天損耗電量=3×8.5×0.36×24=220.32kW·h

如重新選擇電抗百分?jǐn)?shù)為6%，額定電流400A電抗器，則預(yù)計(jì)可節(jié)約電量每天為150kW·h 左右。按照每kW·h 電1 元計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)150×365=54750 元［6］。

6 結(jié)語

我礦大山變電站的老式電抗器由于不具備抵抗過負(fù)荷的能力，會(huì)引發(fā)火災(zāi)，并且老式電抗器的電抗百分值也不適用于當(dāng)前的負(fù)荷情況。更換新式電抗器后通過大量的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)電抗器的更換對(duì)于生產(chǎn)具有重要意義，第一，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為穩(wěn)定生產(chǎn)提供了必要條件；第二，減少了電能，電能方面每年節(jié)約大約5.5 萬元；第三，減少了電壓的損耗，由于老式電抗器的壓降過高，為了保證用戶的電壓等級(jí)，必須從源頭調(diào)高電壓，從而加速了輸電設(shè)備絕緣老化，發(fā)生故障；第四，間接地為社會(huì)做出了有效的貢獻(xiàn)，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的和諧。