35kV系统限流电抗器在变电站中的研究与应用

安瑞斌，董加贺，黎雪英

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

德兴铜矿是国内大型露天铜矿，大山选矿厂是德兴铜矿的三期选矿厂，近年来我矿的供电系统逐渐更新换代，将老旧的耗能高的安全性低的供电设备淘汰，换成新一代的供电设备，大山变电站电抗器投运日期为1996 年，当时投运时电抗器设计选型只能满足当时运行条件，但随着我矿电力系统的不断发展，负荷的不断增加，大山318#线路限流电抗器由于过负荷发生起火故障［3］，后经技术人员进行分析，该电抗器早已不能满足当前的运行需要。

2 电抗器的作用和使用要求

2.1 电抗器的作用

在电力系统中，限流电抗器主要作用是当电力系统发生短路故障时，利用其电感特性，限制系统的短路电流，降低短路电流对系统的冲击，同时降低断路器选择的额定开断容量，节省投资费用，提高系统的残压。但在限流时使用电抗器会导致线路电压损耗及电能损耗。

2.2 电抗器的使用要求

《工业与民用供配电设计手册》及GB10229-88《电抗器》标准规定电抗器的选择必须满足以下三个条件：

（1）将电抗器后的短路电流限制在最大允许范围内。

（2）在电抗器后短路时，要使母线剩余电压保持一定水平。

（3）正常工作时，电抗器的电压损失不得大于母线额定电压的5%［1］。

2.3 电抗器的额定电压和额定电流的选择

用于限制短路电流的电抗器的额定电压的需要满足UN≥USN；额定电流的需要满足IN≥IMAX。

当分裂电抗器用于发电厂的发电机或主变压器回路时，IMAX取一般按照发电器或者主变压器的额定电流的70%选择；而用于变电站主变压器回路时，IMAX取两臂中负荷电流较大者，当无负荷资料时。一般也按照主变压器的额定容量的70%选择［2］。在这里电抗器主要用于我们厂的220kV 的变电站内，故我们按照两臂中负荷电流较大者取值［2］。

3 我矿大山220kV 变电站电抗器使用现状

我矿大山变电站电抗器投运时间为1996 年，当时投运时电抗器设计选型满足当时运行条件。但随着我矿电力系统的不断发展，负荷的不断增加，大山318 线路限流电抗器由于过负荷发生起火故障，后经技术人员进行分析，该电抗器主要存在如下问题：

（1）电抗器额定电流为200A，而现实负荷可达到250A,由于电抗器不具有抵抗过载的能力，导致了该设备的起火烧毁。

（2）电抗器的电抗百分值为12%，由于电抗百分值不适合目前的负荷情况，使得该线路电压损耗达到了近7%。这就导致如果采区用电电压要求36kV 时，大山变电站35kV 系统电压必须调整到38.7kV。

为满足采区设备的正常运行，大山220kV 变电站35kV 系统电压在电源端必须调高来补偿线路损耗的压降［4］，从而造成大山220kV 变电站35kV系统电压过高，输电设备绝缘加速老化，发生故障。

4 大山318#线路限流电抗器使用前后对系统电压的影响调查

大山318#限流电抗器使用前为满足采区用电要求，35kV 系统电压基本在38kV 以上，甚至达到39.5kV，而且主变随着负荷变动调压频繁。2017年3 月9 日大山318#限流电抗器发生故障将其拆除后，318#线路采区电压基本达到38kV 以上，且同大山35kV 侧系统电压基本一致，要求主变调压情况也再无发生。

表1 大山318 线路限流电抗器拆除前后对采区电压影响调查（统计时间均为13:30）

经过表一数据统计和比对分析，在拆除限流电抗器前大山318#线路电压损耗基本为4%～9%之间，按平均计算大概为6.4%以上，且负荷越大，压降损耗越大,完全不符合规程规定的5%以下。而将电抗器拆除后电压损耗最高为1.5%。保证了大山318#采区35kV 电压处于较高水平，甚至同大山侧同步。通过以上调查发现：（1）限流电抗器的使用是导致大山318#线路电压损耗的第一个原因。（2）限流电抗器选型不符合现有状况是导致大山318#线路电压损耗过大的第二个原因，也是电抗器烧毁的主要原因。

5 措施

5.1 重新对电抗器进行选型并进行现场应用

（1）首先研究电抗器在用电安全与节能效果，电抗器平时运行中产生的压降随负荷变而变化给调节电压质量造成困难，在生产负荷启动时，电压降加强，影响其他负荷运行，长时间运行将产生巨大能量损耗。

（2）对电抗器进行重新选型。根据大山318#线路现有实际最大负荷及装电抗限制后所要求的短路次暂态电流值进行重新选型［5］。由公式：XK%≥(IJ/IN-XJ)×(INKUJ/UNKIJ)×100%。得出赣东北供电公司提供的35kV 三相短路电流为9983A，系统阻抗标幺值为0.16317，如要求限制短路次暂态电流为5000A 计算，可选择电抗百分值为4%以上，额定电流400A 的电抗器［3］。

表2 电抗器对富家坞变电站电压影响表

（3）对已选择的电抗器重新进行验算

从以上表格中算出正常工作时的电压损失， 按 式ΔU%=XN%SIN（IW，MAX/IN） 计算，取功率因素0.8，最大负荷电流250A，则ΔU%=6×0.6×250/400%=2.25%＜5%,满足要求。

在电抗器后短路时，要使母线剩余电压保持一定水平，母线的剩余电压按式UY%≤XK%(IN/IW)计算，UY%=6×5000/400%=75%＞70% 满足要求。

根据现场情况和理论校验，选电抗百分值6%，额定电流400A 电抗器较安全。这样可将318 线路电压损失在最大负荷时也可限制在不超过2.25%。会对降低大山35kV 电源侧系统电压有积极作用［4］。

5.2 全面考虑电抗器选型参数与当前运行现状的符合性

表3 大山35kV 各出线限流电抗器参数

经统计和计算，目前除大山311、318 线路电抗器不符合运行要求外，其他线路负荷电流均在电抗器额定范围以下，且电压损耗均符合规范要求。按目前负荷情况下不需要更新，但按照规程要求，所有电抗器均应定期进行如下保养和检测［5］：

（1）每年测量绕组直流电阻，与出厂值比较，折算到75℃下电阻偏差不应超过2%。

（2）户外安装设备，每3～5 年需重新喷涂RTV，确保防护效果。

5.3 对电能损耗影响

根据《电力网电能损耗计算导则》2.3.10.4 可理论计算出电抗器的损耗［6］。

电抗器的损耗电能计算公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T。

式中：IN 为串联电抗器的额定电流，单位，安培（A）；ΔPK为一相电抗器通过额定电流，温度达到75℃时的损耗功率，按厂家提供或由有关手册查得，单位，千瓦（kW）。

我厂大山318#线路串联电抗器选用型号为XkK-35-200-12，生产与1996 年，2002 年安装投运，生产厂家为北京电力设备总厂。ΔPK的值为8.5kW。

通过对我厂大山318#线路2017 年3 月9 日～27 日总输出电量3570240kW·h，计算出平均电流为120A。通过以上数据资料，即可按公式：ΔA=3ΔPK(IJ/IN)2×T，计算得出每天损耗电量=3×8.5×0.36×24=220.32kW·h

如重新选择电抗百分数为6%，额定电流400A电抗器，则预计可节约电量每天为150kW·h 左右。按照每kW·h 电1 元计算，每年节约电费150×365=54750 元［6］。

6 结语

我矿大山变电站的老式电抗器由于不具备抵抗过负荷的能力，会引发火灾，并且老式电抗器的电抗百分值也不适用于当前的负荷情况。更换新式电抗器后通过大量的数据对比分析，发现电抗器的更换对于生产具有重要意义，第一，保证了电力系统的稳定运行，为稳定生产提供了必要条件；第二，减少了电能，电能方面每年节约大约5.5 万元；第三，减少了电压的损耗，由于老式电抗器的压降过高，为了保证用户的电压等级，必须从源头调高电压，从而加速了输电设备绝缘老化，发生故障；第四，间接地为社会做出了有效的贡献，促进了经济的发展和社会的和谐。