一种大型电炉无功补偿电容器故障的优化检测技术

2020-07-15渠天清

山西冶金 2020年3期

渠天清

（太钢能源动力总厂，山西太原 030003）

目前钢铁行业的电炉冶炼供电系统普遍都采用动态无功补偿方式进行无功补偿及消谐，太钢220 kV十一降压站35 kV160 t 电炉、220 kV 十二降压站35 kV 90 t 电炉全部都采用了国外进口的大功率无功补偿设备，其中作为关键核心元件的电容器，由于其长期处于运行状态，特别容易发生异常状态或故障情况。当电容器发生异常及故障时必须及时进行处理，退出运行，更换合格电容器，否则会严重影响到其他串并联运行的电容器的状态，使其承受不正常运行电压，从而造成新的电容器的异常，或故障，当电容器发生异常及故障时其电流不平衡保护动作，开关跳闸，无功补偿设备退出运行，检修人员需立即进行电容器的拆线、测试、查找、更换。但大型电炉冶炼系统其配置的补偿电容器仅二次滤波回路的电容器数量就多达192 个、每个长130 cm、宽40 cm、高20 cm 质量达75 kg，其拆线、检测、更换、恢复接线难度大、时间长、危险性强、且存在恢复接线时连接松动造成发热、绝缘瓷瓶磕碰造成绝缘损坏等显性及隐性危害；而随着负荷的逐渐增加、运行年限的增长，电容器故障跳闸次数越来越多，需要检测及更换的情况发生频次逐渐增多，对系统安全优质运行的影响日趋严重，成为了近年来困扰钢铁企业大电炉冶炼无功补偿行业的一大棘手难题。

针对这一棘手难题，分析总结了大电炉动态无功补偿的接线设计和应用情况，对无功补偿装置中电容器故障的检测方法提出优化检测技术，由原来的192 只电容器全部打线、全部逐个测试，逐个恢复，优化改进为现在的先分组测试，只须对异常组的8 只或16 只电容器打线、测试、恢复接线，检测效率提高了10~20 倍。减少了作业风险、减少了大量的拆接线工作、减少了恢复接线时连接松动造成发热、绝缘瓷瓶磕碰造成的绝缘损坏等显性及隐性危害，减少了对大电炉生产的影响和直接间接损失。

1 改进方案及实施过程

电容器发生异常及故障时必须及时进行处理，退出运行，更换合格电容器，否则会造成事故的扩大，同时还会影响其他串并联运行的电容器的状态，使其承受不正常运行电压，从而造成新的电容器的异常，或故障，因此电容器保护配置了比较灵敏的电容器电流不平衡保护，当电容器发生故障时，较为灵敏的电容器不平衡保护达到保护动作值，进行动作跳闸，将含故障电容器的补偿支路开关跳闸，将相关补偿回路退出系统，确保故障范围不再扩大；通过对大电炉供电系统接线、无功补偿接线等研究分析，提出并优化改进实施电容器的故障检测法，由原来的192 只电容器全部打线、全部逐个测试，逐个恢复，改进为先分组测试，再对异常组的8 只或16 只电容器进行打线、测试，恢复接线，异常电容器检测效率提高了10~20 倍。减少对大电炉生产工艺的影响和损失。

2 实际测试方案、步骤

1）使用电容表或万用表的电容档，在要测试的电容器相关回路进行停电、放电、做措施以后进行电容器电容值的测试。

2）电容器的实际接线如下页图1 所示，先并联后串联，8 个电容器并接组成为一个串联段，4 个串联段进行串接组成一相，三相进行星接，两支星形共192 只。故障电容器的检出测试由原来的192 只电容器全部打线测试，逐个恢复。改进为先分组测试，再对异常组8 只或16 只电容器进行打线测试，恢复接线。

3）先进行串联段的电容值整组测试，如图2，表笔跨接在所测串联段两端，测量时接触要良好并保持一定的时间：电容值在200~300 μF 范围的测试时间不小于10 s，电容值在20~50 μF 范围的测试时间不小于5 s。待读数稳定时记录电容数值。

4）对所测串联段电容值数据进行分析，对比，只对异常串联段即电容值低的串联段进行拆线。正常电容值的串联段不需拆线。

5）测试异常串联段的每个电容器电容值：表笔跨接在所测电容器的两端，测量时接触良好，测试时间如3）所述。

6）对异常串联段中的每个电容器的电容值数据进行分析，对比，找出异常电容器即电容值低的电容器，用备用的同规格合格电容器并进行更换。

图1 192 只电容器串接组成

图2 电容器、串联段接线图

此测试技术方法已成功应用于太钢220 kV 十一降压站（35 kV 160 t 电炉），具体实施例如下：

2017 年1 月，十一降1 号SVC 二次滤波不平衡保护动作，动作值为22%，停电对故障电容器的查找测试见图3。十一降1 号SVC 二次滤波电容器测试数据见表1。

图3 电容器、电容器组及其接线

具体实施例测试方案、图表、数据：

1）将1 号SVC 二次滤波停电、放电、做安全技术措施后，进行1 号SVC 二次滤波电容器电容值的测试；十一降1 号SVC 二次滤波共192 只电容器，每只电容约为26.5 μF，先进行串联段的电容值测试，每个串联段由8 只电容器并接而成。

2）使用电容表（或万用表的电容档）进行测量，量程选择为2 mF 档位，将表笔跨接在所测串联段的两端，测量时接触良好，持续时间不少于10 s，待读数稳定不变时记录所测电容数值。

3）对测试的24 个串联段数据进行分析，见表1。确定异常串联段，其中B 相南侧的第一排261 μF和第三排263 μF 两个串联段电容值异常，较低。

4）对B 相南侧的第一排OB1、B 相南侧的第三排OB3 两个异常串联段分别进行拆线；测试OB1 串联段所并接的8 个电容器的电容值，要选用大于被测电容值的档位，每只电容约为26.5 μF，将量程打在200 μF 档，将表笔跨接在所测电容器的两端，测量时接触良好，持续不少于5 s，待读数稳定不变时记录所测数值。

5）对测试的异常串联段中的每个电容器的电容值数据进行分析，共发现三只异常电容器，见下页表2、表3。B 相南边侧分支第一排第一只电容器电容值为23.9 μF，B 相南边侧分支第三排第五只电容器电容值为25 uF，第七只为24.9 μF。

6）测试三只新的电容器，将B1-1，B3-5，B3-7三只电容器进行更换后，试送成功，不平衡值由原来的22%降为9%，恢复正常，运行良好。

表1 南北两分支三相各串联段的电容测试值 μF

3 结语

通过对大电炉供电系统接线、无功补偿接线等研究分析，提出并优化改进实施电容器的故障检测法，由原来的全部打线、全部逐个测试，逐个恢复，改进为先分组测试，再对异常组进行打线、测试，由原来打线、测试、恢复接线192 只电容器、优化改进为现在只须打线测试恢复接线8 只或16 只电容器，故障电容器的检测效率提高了10~20 倍。显著提高电容器故障后的检测和处理效率。大大降低了检测的高风险、降低检测时间、检测难度。此优化检测技术在太钢35 kV 十一降压站已成功实施应用，运行稳定，效果良好，此种创新优化检测技术为大容量无功补偿中异常电容器极难检出的棘手问题开辟了一条新的思路，解决了近年来困扰钢铁企业大电炉冶炼无功补偿行业的棘手难题。从而提高SVC 不平衡保护跳闸故障的处理恢复效率，减少了大量的拆接线工作、减少了恢复接线时连接松动造成发热、绝缘瓷瓶磕碰损坏绝缘等显性及隐性危害，减少对大电炉生产的影响和损失。