52(2006.No.3)《电气开关》
文章编号:1004—2X(2006)03-0052-03
干式空心电抗器的作用和使用寿命
李树田
(双矿集团安全监察部,黑龙江 双鸭山 155100)
摘 要:电抗器是无功补偿装置的重要部分之一,大容量干式空心电抗器是近几年来研制开发的新型电抗器,它
具有线性特性好、参数稳定、防火性能好的特点。本文分析了干式空心电抗器的使用和使用寿命。关键词:干式空心电抗器;参数;寿命
中图分类号:TM47 文献标识码:B
UseandLifeofDryAirReactor
lIShu-tian
(ShuangyashanSafetySupervisoryDep.ofMineIndustryGroup,Shuangyashan155100,China)Abstract:Areactorisoneoftheimportantpartsofareactive-loadcompensationequipment.Ahigh-ca2
pactitydryairreactorisanew-typereactorthatisdeveloptedinrecentyears.Ithasfinelinearcharacteristic,steadinessparametersandgoodfireproofcharacteristic.Theuseandlifeofthereactorareanalyzed.
Keywords:dryairreactor;parameter;life1 引言
近年来,我国500kV输电线路迅速发展,电网容量越来越大,由于电压等级高,电网装机容量大,造成了系统短路电流增大、事故电压波动大、功率因数偏低、开关容量不够和谐波电流的增加。解决这些问题的方法是在系统上安装电抗器。大容量干式空心电抗器是近几年研制开发的新型电抗器,它具有线性特性好、参数稳定、防火性能好的特点,本文仅就干式空心电抗器(以下简称电抗器)的作用和使用寿命作一分析。
电容器时涌流和抑制电力系统的高次谐波,在35kV电容器回路中必须安装阻尼电抗器。抑制3次谐波时,采用额定电压35kV,额定电感量26.2mH,额定电流350A的干式空心单相户外型阻尼电抗器,它与2.52Mvar电容器对3次波形成谐振回路,即3次谐波滤波回路。同样,为了抑制5次及以上高次谐波,采用了额定电压35kV,额定电感量9.2mH,额定电流382A单相户外型阻尼电抗器,它与2.52Mvar电容器对5次及以上高次谐波形成谐振回路,起到了抑制高次谐波的作用。需要说明的是,在国家标准《电抗器》GB10229-88和IEC2-88国际标准中均对阻尼电抗器的使用
2 电抗器的作用
2.1 电抗器的限流和滤波作用
电网容量的扩大,使得系统短路容量的额定值迅速增大。如在500kV变电所的低压35kV侧,最大的三
相对称短路电流有效值已经接近50kA。为了输电线路的短路电流,保护电力设备,必须安装电抗器。电抗器能够减小短路电流,使短路瞬间系统的电压保持不变。在电容器回路安装阻尼电抗器,电容器回路投入时起抑制涌流的作用。同时与电容器组一起组成谐波回路,起各次谐波的滤波作用。如在500kV变电所35kV无功补偿装置的电容器回路中,为了投入
和技术条件作了规定。但目前国内有些部门将阻尼电抗器称为串联电抗器。严格来讲是不合适的,因为上述标准均没有串联电抗器这个名称。2.2 电抗器在无功补偿装置中的作用
随着我国500kV电力系统的发展,以及电气化铁路和大型钢铁基地建设,在大型枢纽变电所中需要安装静止补偿装置的趋势越来越明显。静止补偿装置对负载突变的反映速度快(一般响应时间为0.02～0.04s),具有平滑的无功功率和电压调节特性。因此它能够稳定电力系统电压,有效地补偿电力系统的无功功率系数,抑制电压的波动,维持电力系统处于三相平衡状态,抑制电力系统的次同步振荡。此外安装在电力系
(2006.No.3)《电气开关》53
统枢纽点的静止补偿装置还能起降低电力系统暂态超
压的作用。因此各大电网均要求大中型变电站必须安装电抗器来补偿电容性的无功功率,做到就地补偿,就地平衡,以保证电力系统的安全运行。
电抗器是无功补偿装置的重要组成部分之一,并联电抗器用来提供感抗值消耗电力系统过剩的电容性无功功率,这在电力初期输送功率较小时以及电力系统后期的每日深夜轻负荷时都是十分必要的。因为在上述两种情况下,输电线路的无功功率损耗小。由于电容效应,输电线路产生的无功功率大于输电线路消耗的无功功率,在整个电力系统中存在剩余的无功功率(电容性),必须安装并联电抗器来消耗剩余的无功功率,满足电力系统无功平衡的需要,维持电力系统的电压水平。否则电力系统的电压过高,无法安全运行。
近年来,用减少静止装置补偿中晶闸管的数量来节省整个装置的投资,有尽可能增大电容器组(简称
在TSC)容量和并联电抗器组(简称TCR)容量的趋势。有的静止补偿装置中甚至取消了TSC回路,完全由固
定电容器组(简称FC)代替。为了保持静止补偿装置具有连续平滑的无功功率和电压调节特性,需要加大并联电抗器的总容量。因此,电抗器的用量将越来越大。
串联在电容器回路中的阻尼电抗器除起到前面所叙述的涌流和高次谐波的作用外,也起到了无功补偿的作用。
因电抗器运行产生的交变磁场而引起的机械负荷有压力、拉力、伸展、振动。强度太高时,绝缘材料会产生撕裂拉断,损耗大会引起发热而产生破坏。周围环境中对电抗器起破坏作用的一般是照射、灰尘、细沙、烟雾等;另外还有生物(如霉菌和细菌)的影响,以及一些动物(如白蚁)的侵害。在此有必要提出的是各种辐射对绝缘材料均有一定的破坏作用,对于聚合的绝缘材料辐射分子量增加,或者由于链,网状组织导致破坏。
电抗器运行时,它的使用寿命要受到以上各种负荷和环境的影响。因此,在保持足够的机械和电气特性下,温度稳定性和热状态均被看作是电抗器设计制造质量的重要指标,温度稳定性和热状态的突出影响是科研人员研究热负荷和寿命之间关系一个重要的原因。为此,国际电工委员会(IEC)和国家标准局制定了电抗器的IEC标准和国家标准。表1表示干式空心电抗器国家标准规定的温升值。从表1可以看出,各种绝缘材料的耐热温度与相应温升的差值随着绝缘等级的提高而增大。这是因为采用不同耐热等级的绝缘材料制造的电抗器运行时的温升限值是不同的。当温升较高时,电抗器运行时的热流强度就要增大。一般来说,部件中温度的分布随热流强度的增加而趋于不均匀,其平均温度与最热点温差值也增大。
表1 干式空心电抗器国家标准规定的温升限值
绝缘的温度等级绝缘等级
℃
AEBFHC
(电阻法测得的平均值)
3 电抗器使用寿命的分析
电抗器在额定负载下长期正常运行的时间就是电抗器的使用寿命。电抗器使用寿命由其制造的材料所决定。制造电抗器的材料有金属材料和绝缘材料两大类。金属材料耐高温,而绝缘材料长期在较高的温度、电场和磁场作用下,会逐渐失去原有的力学性能和绝缘性能,如变脆、机械强度减弱、电击穿。这个渐变过程就是绝缘材料的老化。温度越高,绝缘材料含水分越多,老化也越快。电抗器中的绝缘材料要承受电抗器运行产生的负荷的总和、强度和作用时间决定绝缘材料的使用寿命。
这些负荷包括热性质的、机械性质的和电气性质的,周围环境的作用指潮湿、化学污染、灰尘和各种射线。
由于热作用一方面可以引起化学变化,如导致绝缘材料原子结构中的链断裂,分子结构改变,分离反应和交链反应;另一方面由于金属导线和相邻的绝缘材料间的热膨胀差别很大而产生机械破坏。
温升限值K
105
120130155180220
607585100125150
电抗器运行时,其绕组既是导热介质,又是热源,它的温度一般来说在空间上总是按一定规律呈曲线分布。这样就有了最热点温升和平均温升之分,电抗器的发热限度以最热点温升为准,平均温升是检验设计是否合理的经济性能好坏的重要指标。平均温升与最热点温升之间有一定的规律性联系。可以用平均温升来衡量电抗器的发热情况,电抗器绕组绝缘的热寿命和绝缘是否受损应由绕组最热点温升来决定,而不是平均温度来决定。干式空心电抗器的使用寿命根据蒙特申格尔(Montsinger)的寿命定律来计算。
T=Ae
-ΑΗ
(1)
式中 T—绝缘材料的使用寿命
54(2006.No.3)《电气开关》
A—常数(根据电抗器所用绝缘材料的等级确定)
Α—常数,约为0.88
Η—绝缘材料的温度
制电源熔断器熔断电流大得多,因此控制正电源熔断
器1RD熔断。
找到故障点后,重新更换了二次插头(因为是插头底座电木发生了绝缘击穿,不能仅仅更换1#针和4#针两根接线,那样不能根本解决问题),再次更换了控制电源熔断器,故障现象消除。
故障处理后,分析得出,由于此6kV开关是运行近30年的老产品,1、2、19、20针流过较大的合闸电流,长期运行,容易炭化周围区域,发生短路故障。这次故障点发生在常闭辅助触点2DL上,导致控制电源熔断器熔断,若母联二次插头的20针中,常闭辅助触点DL与合闸正电源+HM发生短路,可以形成以下回路:+HM——DL——合闸继电器HC——2RD———KM,即合闸回路接通,将会造成与篇头所述空压站变电所一样的危险情况。如果在另一种供电运行方式下,即母联开关在合闸位,由一条电源供两段母线运行,此时若短路故障点发生在母联开关跳闸继电器前端,则将跳闸回路接通,发生跳闸,导致一段母线失电,将给生产带来重大损失。
综上所述,平日应加强对断路器辅助触点和二次回路的插座的检查,尤其是对进线、母联开关的二次回路的检查,以保证开关的正常运行。检查辅助开关和二次回路时重点检查以下内容:
1)辅助开关的弹簧有无锈蚀、断裂、及弹力不足等现象;接点有无污垢,有无严重烧伤,接触是否良好可靠;
2)辅助开关导电传动灵活有无卡阻现象;3)二次回路接线螺丝应紧固是否氧化、锈蚀;4)二次插座是否变形、烧损,插头接触是否良好、
图中A、B和H耐热等级绝缘绕组的寿命与绕组运行温度的函数关系。
对于蒙特申格尔寿命定律的半对数Η=f(LnT),
得到含有方向常数-1Α的直线,该直线如图所示,即绕组的寿命(绕组耐热等为A、B和H)与绕组工作温度的函数关系。
从式(1)和图中可以看出,每种绝缘材料都有一个固定的温度变化值。在某一统计期内,若电抗器的最热点温度比所用绝缘材料的最高允许温度低,则绝缘老化缓慢,寿命延长。反之,则绝缘老化加快,寿命缩短。对于电抗器的全部寿命而言,这一寿命的延长或缩短便构成了寿命的补偿。每种绝缘材料的寿命减小或增加一倍的温度变化值是固定不变的。该温度变化值对于A级为8℃,对于B级为8～10℃,对于HC级为12℃。由于A级的Η=8℃,因而蒙特申格尔寿命定律还称为8℃规则,H级一般称为12℃规则。
我们知道,每种绝缘材料均有其耐热的绝对最高温度(见表2),当超过其绝对最高温度时,绝缘材料迅速碳化而失去绝缘性能和力学性能。因此若电抗器经常过负荷运行时,一定要在订货时与制造厂协商,在设计和制造过程中考虑经常过负荷的工作状态。
表2 绝缘等级和绝对最高温度的关系
绝缘等级温度℃绝对最高温度℃
105(A)150
120(E)175
130(B)185
155(F)210
180(H)235
200(C)260
可靠;
5)二次回路绝缘电阻不小于1M8(用500V兆欧
表)。
这里提出几点建议:对现有老型号开关而言,应注意更新开关辅助触点元件,加强端子排的清扫与增加绝缘,加大合闸回路与其它回路之间的爬电距离。对今后新上设备而言,应最好选用弹簧储能,以减少合闸电流,避免炭化现象,增大二次插头尺寸,加大爬电距离,采用综合保护器,减少保护继电器数量,完善智能监控系统功能,及时发现故障。
收稿日期:2005-09-22
收稿日期:2006-02-08
(上接第51页)
母联开关二次原理图可知,形成以下回路:+KM——1RD——BK——2RD———HM,可见直流控制电源与合闸电源之间发生短路,由于合闸电源熔断器比控
