關(guān)于并聯(lián)電容器用串聯(lián)電抗器的保護(hù)問題分析(下) （c）多起干式空芯電抗器燒毀事故——或因安裝不當(dāng)或因產(chǎn)品質(zhì)量缺陷
干式空芯電抗器幾起事故都是在電容器裝置投運后不久發(fā)生的，現(xiàn)舉4例，按事故原因初析可分為以下兩種。
①產(chǎn)品存在缺陷
一起發(fā)生在杭州220kV聞堰變電所，該所擬裝設(shè)2組35kV容量為18Mvar電容器裝置，雙星形接線，中性點側(cè)串接電抗率為12％電抗器，裝置戶外安裝。當(dāng)?shù)谝唤M投運不久，在運行中有1臺電抗器起火燃燒，線圈嚴(yán)重?zé)龤�，動用大量滅火器材才將大火撲滅，更換1臺電抗器后重新投運不久又發(fā)生同一臂不同相的另1臺電抗器嚴(yán)重?zé)龤А榱嗽\斷事故起因，經(jīng)再更換電抗器后進(jìn)行多次投切試驗檢測和電容器組投入前后的諧波測試，結(jié)果表明電容器與電抗器外部工作條件正常（諧波含量不超標(biāo)，美國喬司林VBM—34型真空負(fù)荷開關(guān)操作性能良好，無異常過電壓過電流），在這之后裝置正常運行，無疑表明發(fā)生事故的2臺電抗器自身存在問題。
另一起發(fā)生在紹興地區(qū)220kV牌頭變電所，該所裝設(shè)2組35kV容量為12Mvar電容器裝置，采用單臺單相4Mvar集合式電容器，串接電抗率為4．5％電抗器，裝置戶外安裝。幸巧值班員在交接班巡視時發(fā)現(xiàn)1臺電抗器在冒煙，即行切除停運而避免起火燃燒。事后檢查發(fā)現(xiàn)該電抗器中部一個包封端部開裂進(jìn)水絕緣損壞，線圈匝間短路。
②安裝使用不當(dāng)
一起發(fā)生在福州市110kV王莊變電所，該所裝設(shè)2組10kV容量為8．4Mvar電容器裝置，串接電抗率為6％電抗器，裝置戶內(nèi)安裝。在運行半年后有1臺電抗器燒毀，經(jīng)查系因設(shè)計的電容器室高度不足，三相電抗器疊裝后離樓板凈距只有30cm，漏磁與環(huán)流影響使電抗器長時間局部過熱絕緣破壞引起匝間短路�！ �
另一起發(fā)生在石獅市220kV山兜變電所，該所擴(kuò)容裝設(shè)了3組10kV容量為10Mvar電容器裝置，串接電抗率為6％電抗器，電容器裝置戶內(nèi)安裝。由于電容器室場所限制，將原設(shè)計按品字形平裝的電抗器改成按L字形兩相疊裝一相平裝，改變了原設(shè)計運行條件的疊裝電抗器中的1臺因長時間過熱而燒毀。
3現(xiàn)有繼電保護(hù)存在問題
在上述幾例事故中，“小電抗”（三相對地短路）和“鐵芯電抗器”（電容器被短接）的事故，以及“山兜變電抗器”（上層電抗器燃燒時，導(dǎo)線熔化滴落至下層電抗器引發(fā)相間閃絡(luò)短路）的事故，均屬過流保護(hù)和速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，故保護(hù)動作開關(guān)跳閘；其它3例中，“牌頭變電抗器”事故是值班員巡視發(fā)現(xiàn)、“王莊變電抗器”事故是靠煙火報警器動作避免事故擴(kuò)大、“聞堰變電抗器”兩次事故是當(dāng)值班員發(fā)現(xiàn)煙火彌漫時中性線不平衡電流保護(hù)才動作。鑒此，有必要對現(xiàn)有電容器裝置的各種保護(hù)裝置在電抗器發(fā)生故障時的動作行動進(jìn)行研究分析。
3．1過電流與速斷保護(hù)對電抗器故障不起作用
眾所周知，在同一電源電壓（US）和同一電容器組容抗（XC）的情況下，其串接電抗器的電抗率（k）越高，流過電容器回路的電流（IC）將越大，反之亦然。它們之間的關(guān)系如（1）式所示�！ �
可見，一旦電抗器出現(xiàn)線圈匝間短路愈甚，其電感值隨之愈小（k愈�。�，則回路電流IC愈小，直到電抗器完全短路k＝0，IC最小。所以，設(shè)置作為電容器過負(fù)荷和回路引線相間短路的過電流和速斷保護(hù)，無法對電抗器保護(hù)作用。
3．2“壓差”和“橋差”保護(hù)對電抗器故障亦不起作用從設(shè)置作為檢測電容器內(nèi)部故障的電壓差動保護(hù)和橋式差動保護(hù)的工作原理顯而易見，只要電容器不發(fā)生故障，即使電抗器全部短路，其差壓或差流都等于零。
3．3開口三角電壓保護(hù)難以保護(hù)電抗器故障在單星形接線的電容器組中，當(dāng)某相電抗器發(fā)生故障時，就會引起三相回路阻抗的不平衡，中性點電位發(fā)生偏移，開口三角就會出現(xiàn)零序電壓（其值為3倍的中性點偏移量）。開口三角電壓（Uk）與非故障相電抗器的電抗率（k），以及故障電抗器的感抗降低率（α）（正常時α＝0，完全短路時α＝1，以此類推）等之的關(guān)系，如式（2）所示。
式中，US為電容器裝置接入處電源相電壓。用（2）算出在不同的k、α情況下Uk與US數(shù)值關(guān)系的部分結(jié)果如表1所示。由于電容器容抗遠(yuǎn)大于電抗器感抗，通常因故障而切除1或幾臺電容器后所出現(xiàn)的開口三角電壓（U′k）大于電抗器故障情況，該電壓可用式（3）計算：式中，D為開斷故障電容器的臺數(shù)，N為每相電容器的串聯(lián)段數(shù)，M為每相各串聯(lián)段電容器并聯(lián)臺數(shù)。在保證有較大安全裕度（故障電容器切除后應(yīng)保證健全電容器的運行端電壓不超過允許值且有裕度）和足夠的保護(hù)靈敏度（靈敏系數(shù)取1.25-1.5）的前提下，根據(jù)電容器組不同的M與N，開口三角保護(hù)整定值取值范圍為0.08-0.15US。所以，對于電抗率為6%及以下的電抗器故障，保護(hù)不會動作；對于電抗率為12％～13％的電抗器故障，保護(hù)即使動作電抗器已瀕臨短路，甚至處于保護(hù)死區(qū)。
3.4中性線不平衡電流保護(hù)亦同樣難以保護(hù)電抗器故障
在雙星形接線的電容器中，當(dāng)某相某臂的電抗器發(fā)生故障時，該相兩臂阻抗的不平衡，就會引起中性線出現(xiàn)不平衡電流，該電流與正常電抗器的電抗率k，故障電抗器的感抗降低率，以及每相每臂電容器額定電流（Ice）的關(guān)系如式（4）所示：用式（4）算式在不同k、α情況下I0與Ice數(shù)值關(guān)系的部分結(jié)果如表2所示。同樣道理，因故障切除1或幾臺電容器后在中性線上所出現(xiàn)的不平衡電流大于電抗器故障情況，該電流值（I′0）可用式（5）計算：保護(hù)整定按上述相同原則，不平衡電流保護(hù)整定值取值范圍為0．06～0．15Ice。所以，對于電抗率為6％及以下的電抗器故障，保護(hù)不會動作；對于電抗率為12％～13％的電抗器故障，保護(hù)即使動作電抗器已瀕臨短路，甚至處于保護(hù)死區(qū)。
4、電抗器專用保護(hù)的設(shè)想
為了及早發(fā)現(xiàn)電抗器故障并及時切除電容器裝置，避免事故擴(kuò)大釀成大害，考慮設(shè)置電抗器專用保護(hù)是十分必要的。從準(zhǔn)確可靠與經(jīng)濟(jì)實用的要求出發(fā)，提出采用以下兩種保護(hù)方式的設(shè)想：
（a）設(shè)置煙火報警器
在戶內(nèi)電抗器室，或在戶內(nèi)電容器室中靠電抗器側(cè)的近處裝設(shè)具有高靈敏度的煙火報警器，一旦電抗器發(fā)生匝間短路出現(xiàn)煙氣或煙火時，報警器動作報警，或同時動作切除電容器裝置（對于無人值守變電所尤為重要）。此種保護(hù)方式適用于戶內(nèi)安裝的干式電抗器，不論是“大電抗”還是“小電抗”，不論是“干式空芯”還是“干式鐵芯”。
（b）設(shè)置電抗器端電壓保護(hù)
采用專用的電壓互感器跨接于電抗器的兩端，檢測電抗器的端電壓變化，如端電壓降低到一定限值（如80％電抗器額定端電壓），保護(hù)動作切除故障。此種保護(hù)適用于電抗率為4．5％及以上的“大電抗器” |
