馬豫魯 曹夢(mèng)超 趙寬

摘要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速，我國(guó)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(guò)熱是威脅電抗器安全運(yùn)行的因素之一。本文分析了引起電抗器箱沿螺栓過(guò)熱問(wèn)題的可能原因，通過(guò)對(duì)某海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站電抗器箱沿螺栓過(guò)熱實(shí)例的分析，正確判斷出螺栓過(guò)熱的原因并提出有效的解決方案，消除了螺栓過(guò)熱的問(wèn)題，最后總結(jié)了類似變壓器、電抗器箱沿螺栓過(guò)熱問(wèn)題的處理方法。

關(guān)鍵詞：高壓電抗器箱沿螺栓;過(guò)熱問(wèn)題分析;處理

引言

線路并聯(lián)電抗器可以補(bǔ)償線路的容性充電電流，限制系統(tǒng)電壓升高和操作過(guò)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(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查處理，必要時(shí)進(jìn)行停電解體，尋找故障點(diǎn)。

1過(guò)電壓產(chǎn)生機(jī)理分析

真空斷路器在開斷感性負(fù)載時(shí)，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(guò)電壓。當(dāng)電弧電流小，斷路器滅弧能力強(qiáng)，強(qiáng)制熄弧時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生截流過(guò)電壓。同時(shí)真空斷路器開斷過(guò)程中，觸頭兩端的恢復(fù)電壓為母線側(cè)工頻電壓和負(fù)載側(cè)高頻振蕩電壓疊加形成，若斷路器介質(zhì)動(dòng)態(tài)絕緣強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致斷路器再次擊穿，上述過(guò)程在開斷過(guò)程中反復(fù)發(fā)生，多次電弧重燃會(huì)造成電壓級(jí)升，會(huì)在斷路器觸頭兩端疊加產(chǎn)生極高的恢復(fù)過(guò)電壓，即重燃過(guò)電壓。真空斷路器在進(jìn)行開斷動(dòng)作時(shí)，若斷口處絕緣強(qiáng)度回復(fù)能力低于斷口處工頻額定電壓與截流過(guò)電壓的電壓差，就會(huì)在斷口處發(fā)生擊穿造成電弧重燃，此時(shí)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(guò)電壓。通過(guò)以上分析可以得出以下結(jié)論：1）相對(duì)于截流過(guò)電壓而言，重燃過(guò)電壓的頻率更高、陡度更大，且會(huì)造成母線側(cè)過(guò)電壓，具有更大的危害性。2）通過(guò)式（1）可知，若該母線上出線間隔較多，線路對(duì)地等效電容Cs較大時(shí)，對(duì)于過(guò)電壓會(huì)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(guò)程中易發(fā)生多次重燃，形成多次重燃過(guò)電壓，對(duì)回路中的電力設(shè)備帶來(lái)極大的危害。

2并聯(lián)電抗器合閘過(guò)程分析

2.1熔斷器特性

當(dāng)電路中的電流超過(guò)規(guī)定值一段時(shí)間后，熔斷器因自身發(fā)熱達(dá)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(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間特性，也叫反時(shí)延特性，即：過(guò)載電流小時(shí)，熔斷時(shí)間長(zhǎng);過(guò)載電流大時(shí)，熔斷時(shí)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(shí)間t成正比。也就是說(shuō)，當(dāng)電流較大時(shí)，熔體熔斷所需用的時(shí)間較短;而電流較小時(shí)，熔體熔斷所需用的時(shí)間較長(zhǎng)。在小于特定電流時(shí)，熔體熱量積累的速度小于熱量擴(kuò)散的速度，溫度不會(huì)上升到熔體熔點(diǎn)，熔斷器就不會(huì)熔斷，此為熔斷器的最小熔斷電流。所以，在一定過(guò)載電流范圍內(nèi)，當(dāng)電流及時(shí)恢復(fù)正常時(shí)，熱量并未累積至使熔體到達(dá)熔點(diǎn)，故熔斷器不會(huì)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(shuō)，額定電流為10A的熔體在電流12.5A以下時(shí)不會(huì)熔斷。從安秒特性可以看出，熔斷器特性與電壓無(wú)關(guān)。在經(jīng)過(guò)最小熔斷電流值時(shí)，熔斷器動(dòng)作時(shí)間將趨于無(wú)窮大。在上述實(shí)際試驗(yàn)情況下發(fā)生熔斷器動(dòng)作時(shí)，限流熔斷器動(dòng)作時(shí)間均小于2s。因此，考慮是瞬時(shí)電流超出熔斷器最小熔斷電流，導(dǎo)致短時(shí)間大范圍熔斷器動(dòng)作。限流熔斷器動(dòng)作的原因，一般考慮為過(guò)電流。但在以上情況下，單臺(tái)干式電抗負(fù)載與多臺(tái)并聯(lián)干式電抗負(fù)載相比，考慮到實(shí)際使用時(shí)，合閘暫態(tài)過(guò)程中各支路接觸器合閘時(shí)間因通信和各元器件的細(xì)微差別，合閘時(shí)間不會(huì)在同一瞬間。因此，應(yīng)該考慮非理想情況下，多臺(tái)并聯(lián)干式電抗負(fù)載合閘的分散性造成的影響，導(dǎo)致瞬間涌流時(shí)間超出，導(dǎo)致熔斷器動(dòng)作。

2.2電抗器合閘涌流

電抗器投入系統(tǒng)運(yùn)行的瞬間，因?yàn)殡姼芯€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(shí)電壓降低，電流會(huì)超過(guò)額定值，然后慢慢恢復(fù)成正常運(yùn)行狀態(tài)。而在該試驗(yàn)中，多臺(tái)并聯(lián)電抗器合閘時(shí)，不同斷路器合閘時(shí)間具有分散性，在合閘瞬間，出現(xiàn)涌流的時(shí)間不會(huì)完全一致，加長(zhǎng)了熔斷器超出最小熔斷電流的時(shí)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(wèn)題，首先將發(fā)熱較為嚴(yán)重的這兩個(gè)箱沿螺栓拆除，對(duì)螺孔附近箱蓋上的油漆進(jìn)行清理打磨，然后在箱沿上下跨接一根60mm×6mm的銅排，同時(shí)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(shí)現(xiàn)將油箱上、下沿短接的效果，使電流從短接銅排流過(guò)。利用鉗形電流表分別測(cè)量流過(guò)1號(hào)螺栓短接銅排的電流是14A，流過(guò)2號(hào)螺栓短接銅排的電流是39A。經(jīng)過(guò)大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)這兩個(gè)箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)2號(hào)螺栓的溫度已經(jīng)和其他螺栓的溫度接近，大約50℃。而1號(hào)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(hào)螺栓溫度過(guò)高的問(wèn)題已經(jīng)解決，1號(hào)螺栓溫度仍然過(guò)高。觀察后發(fā)現(xiàn)，1號(hào)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(hào)螺栓過(guò)熱。用同樣大小規(guī)格的反磁鋼螺栓替代溫度過(guò)高的1號(hào)螺栓，經(jīng)過(guò)大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)1號(hào)螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，其溫度下降至63.2℃左右。由此可見，1號(hào)螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流造成螺栓過(guò)熱，更換成反磁鋼螺栓后，使穿過(guò)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(shí)，將整個(gè)電抗器的箱沿螺栓通過(guò)力矩扳手整體緊固，使得漏磁經(jīng)過(guò)油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個(gè)箱沿螺栓流過(guò)。電抗器帶電后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)所有箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，溫度顯示基本在49～52℃左右。

結(jié)語(yǔ)

將因短路電流引起過(guò)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(guò)銅排或者銅導(dǎo)線流過(guò)。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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