电容补偿装置中电抗器烧损原因与保护措施.doc

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1、电容补偿装置中电抗器烧损原因与保护措施摘要：针对湘黔线娄怀段电气化铁路各牵引变电所自投运以来，电容补偿装置中电抗器屡屡烧损的严重惯性故障进行了详细的分析，得出了电抗器烧损的主要原因，并从运行角度提出了相应的保护措施。关键词：合闸涌流、谐波过电流(压)、操作过电压、重燃　　0、引言　　湘黔线娄怀段电气化铁路于1997年1月正式开通投运。为提高牵引供电力率，在各变电所装设了电容补偿装置，并在装置中串1台电抗器。共投运了15台(甲厂11台，乙厂4台)。投运不到1年半，接连烧坏11台，烧坏率达73.3%，同时因电抗器烧坏致使电容补偿装置未能投运，

2、全段力率较长时间内一直较低，造成电费损失超10万元。在烧坏的11台电抗器中，其中有2台是在开通时的冲击试验中烧坏，另有1台则是厂家改进后用于更换的产品。本文在全面分析了电铁负荷对电抗器运行危害的基础上，结合电抗器的结构特点，阐述了烧损的原因，并从运行角度提出了相应的保护措施。　　1、电铁负荷对电抗器运行危害的分析　　首先须弄清电铁负荷(指铁道电力牵引负荷)的内在特点及对电抗器的运行危害，为分析电抗器的烧损原因提供理论依据。电抗器运行电路见图1。　　　　图1电抗器运行电路　　1.1、电流分析　　1.1.1、合闸涌流il＝［Um/(Xc－Xl

3、)］［sin（ωt＋φ－α）－e－σtsin（ω′t＋φ－α）］(1)式中，R为电抗器直阻，Ω；L为电抗器电感量，mH；Xl为电抗器感抗，Ω；C为整组电容器容量，μF；Xc为电容器容抗，Ω；ω′＝≈2.77ω，为自由振荡频率；σ＝R/2L。　　因R《Xl，故在式(1)中未予考虑。将有关参量代入式(1)中，得：　　il＝114.6［sin（ωt＋φ－α）－e1.56tsin（2.77ωt＋φ－α)］　　根据式(1)可知il呈振荡衰减，在t=0.005s时，电抗器承受的合闸涌流达到峰值约220A，有效值达156.3A，而当t=1.005s时，

4、il已衰减至92.25A。可见这种涌流冲击时间很短，只有1s左右，而厂家提供的产品技术标准中短时(2s)电流试验达1.76kA，由此合闸涌流对电抗器的安全运行不构成威胁。　　1.1.2、谐波过电流　　众所周知，电力牵引负荷属波动性很大的单相整流负荷，它在系统中产生多种高次谐波。为得到较大的谐波电流，需取大电流时的谐波含有率。根据现场运行经验，取大电流为640A，总的谐波含有率按最严重时的情况考虑取30%。牵引负荷相当于一个谐波源，如图2所示中的in。　　　　图2牵引负荷谐波简化电路图　　图中in为n次谐波源；isn为流入系统的n次谐波电流

5、；iln为流入电抗器支路的n次谐波电流；Xs为系统电抗(Xs≈Xb)。　　根据有关文献提供的各次谐波电流含有率Din的实测数据，可算出当牵引负荷电流为640A时各次谐波电流值，如表1所示。　　表1牵引负荷电流中各次谐波电流n13579111315Di／IDin／％10025.113.27.54.43.12.31.930*In／A613153.980.94627191411.6640*n=3～15流入电抗器支路的n次谐波电流Iln为：　　Iln=［nXs/nXs＋（nXl－Xc／n）］In(2)　　式(2)中Xs为系统电抗。根据表1数据可算

6、出流过电抗器的各次谐波电流，如表2所示。　　表2流过电抗器的各次谐波电流及总电流I1An13579111315I1Iln69.693.6719.99.735.43.72.72.2119由表2可知，在谐波电流严重的情况下，流过电抗器的电流可达120A左右。此电流持续时间一般很短，但如出现持续时间达数min，甚至更长，或在某一段时间内频繁出现，则可能导致电抗器运行过热，危及电抗器安全运行。　　电容补偿回路串上电抗器后，系统的谐振谐波次数n0为：　　　　这样可避免发生谐波谐振，故不考虑谐振情况。　　1.1.3、短路环流　　当电抗器发生层间闪络或

7、击穿时，电弧将烧伤层间绝缘与匝间绝缘，严重时可引起匝间短路。电抗器发生匝间短路后对本身参数及整个支路电流影响甚微，但它会使电抗器线圈中形成局部短路闭环。电抗器运行中将产生强大的交变电磁场，短路闭环在此强大交变电磁场的作用下产生一个数倍于其额定电流的感应电流。这一强大电流将使短路闭环局部严重过热，并进一步损坏其周围绝缘，对电抗器的安全运行危害甚大。　　1.2、电压分析　　1.2.1、谐波过电压　　当负荷电流含有谐波分量时，电抗器上的各次谐波电压Uln＝Iln.Xln，根据表2数据可知，当谐波含量严重时的大负荷情况下，电抗器上各次谐波电压及总

8、电压U1如表3所示。　　表3电抗器上各次谐波电压及总电压kVn13579111315UlUln4.7816.585.874.022.872.42.072.2119.27由表3计算结果可知，在系