浅谈光伏电站电容器组串联电抗器典型故障分析

张金峰

（中国三峡新能源<集团>股份有限公司华北分公司，河北 石家庄 050000）

安装在电容器组中的串联电抗器其目的是限制闭合浪涌电流并限制谐波连接。 这是为了减少在闭合过程中电容器组产生的浪涌电流倍数和浪涌频率对电容器组的影响，并可以限制工作过电压，以滤除光伏电池的五次及以上高次谐波，同时针对其他谐波的增大起到限制作用，减少光伏电站电压波形的畸变。

1 对电能质量的影响

光伏电站具有间歇性和易受天气影响的波动特性，通常配备有整流器-逆变器设备和大量电力电子设备，会产生高次谐波。 在电力系统中高次谐波的产生对电网电压造成很大影响，容易产生电压畸变，进而影响仪表的准确性， 并引起电力系统继电保护和自动装置的故障， 对整个电力系统的安全稳定运行带来不利影响。 为了平衡电网系统中的谐波电流，可以在静态坐标转换和跟踪电压控制的方式进行设置监测系统， 该系统配备电容器组用来监控和平衡谐波电流， 在光伏发电测试平台上进行测试。 测试结果表明，将电容器组引入光伏发电系统的配电网络中可以及时准确地补偿电流，稳定电压，吸收更高的谐波并确保电能质量。

2 电抗器的常见故障及处理方法

电抗器在系统中的使用越来越多，运行过程中经常会发生一些故障， 这也将影响电网的安全可靠供电。 本文主要分析了一些常见的故障和处理方法。

2.1 局部温度过高

在操作期间反应器的温度太高，这加速了聚酯膜的老化。 当雨水渗入引入线或横断面环氧裂缝时，会加速老化，进而失去机械强度，导致匝间短路，容易引起燃烧。

焊接质量是造成电抗器温度上升的主要原因之一。 端子的焊接电阻和绕组焊接会产生额外的电阻和热量。 另外，由于温升的设计裕度很小，因此，设计值非常接近国际规定的温升极限。 除了设计和制造上的原因外，当电抗器运行时，如果电抗器的空气通道被异物阻塞，会导致散热不良，还会引起局部过热并引起火灾。

针对以上问题， 首先要进行电抗器的运行环境改善，比如改进通风条件，降低运行温度等。 同时，应定期关闭进行维护，以清除表面积聚的污垢，保持呼吸道通畅，并详细检查外部绝缘状况，并及时处理任何问题。

2.2 沿面放电

除了电抗器的生产质量外，它在运行过程中还受到许多外部因素的影响。 在室外大气条件下运行一段时间后，雷雨天气，或者表面灰尘和潮湿以及对运行模式的调整有可能会操作表面电流泄漏，电压上下波动，运行环境不稳定。 影响电阻变化的原因之一就是周围环境中水汽蒸发的变化， 严重的甚至会产生电弧。 面对此问题要进行及时的处理，以免造成电弧尖端放电。 一旦产生放电将会对整个设备造成极大的破坏，严重的可能导致短路中的匝电流急剧增加，从而损坏匝绝缘，容易造成一些经济损失。

室外电抗器运行环境复杂，首先就是要解决电源绝缘问题。 对此可以进行喷涂绝缘材料来避免放电现象的发生。 在进行绝缘喷涂时，要将线圈两端预先嵌入，以确保端部表面电流均匀。 反应堆安装有防雨罩，以防止其被潮气引起电流泄漏。

3 光伏电站电抗器典型故障处理经过

2020 年 04 月 15 日 00 时 56 分 40 秒， 某电站当值值班人员李某某发现35kV#1FC A 相电抗器发生灼烧故障，立即通知值班人员梁某某手动拉开35kV#1FC 317 开关，A 相电抗器故障现象逐渐消失。

图1 故障录波波形图

4 故障分析

现场值班人员查看35 kV 母线电压、35kV#1FC 317 开关电流录波图显示：00 时 57 分 24 秒 181 毫秒，35 kV 母线电压幅值有明显波动、 波形出现畸变，35kV#1FC317 开关电流幅值出现波动， 波形畸变；在00 时57 分36 秒左右电容器组电流波形基本恢复正常，直至值班人员断开35kV#1FC317 开关。

（1）35kV#1FC 317 开关限时电流速断保护未动作原因分析： 根据录波显示故障时#1FC317 三相二次最大电流均未达到0.7 A，同时未出现零序电流，保护装置限时电流速断保护定值为0.8 A，故未达到定值未动作。 测量 A 相的直阻 126.1 毫欧、B 相 128.7 毫欧、C 相128.9 毫欧，三相平均值未超过2%，如图1 所示。

（2） 故障期间电容器电流三次谐波含量：A 相50.79% B 相 53.91% C 相 103.70%、 四次谐波含量：A相 429.43% B 相 22.79% C 相 405.27%、 五次谐波含量 A 相 23.68% B 相 18.67% C 相 10.47%。 其中三次及四次谐波含量最多， 根据厂家提供设备资料显示，用来抑制五次及以上谐波电抗率为4.5～6%， 用来抑制三次级以上谐波电抗率为12～13%， 本站电容器组电抗器率为5%仅可抑制五次及以上谐波。

（3）通过调取 AVC 电压调节曲线，发现从 2020 年3 月开始电压曲线的目标值和实际值偏差比较大，尤其当日前半夜电压波动异常频繁，35kV #1FC 发出的无功波动明显。

5 结语

（1）如果通过电容器组的谐波电流短时过大，谐波会导致设备损耗增加，会导致串联电抗器匝间电压变高，会在导线绝缘薄弱点处造成电压击穿，使相连两匝间导线绝缘完全破坏，造成匝间短路，导致电抗器发生灼烧故障。

（2）光伏电站发电过程中，运行工况相对比较复杂，会产生高次谐波，威胁电容器组配套设置的串联电抗器安全稳定运行。 本次电抗器发生灼烧故障就是量变达到质变过程，通过日常运行巡视很难发现电抗器细微的隐患。

（3）通过调取 2020 年 3 月（35kV#1FC A 相电抗器）AVC 电压调节曲线， 发现当日前半夜电压波动异常频繁，35kV #1FC 发出的无功波动明显。 运行值班人员如能及时发现异常的电压波动，进行充分分析判断，也许就能规避电抗器发生此次灼烧故障。

通过此次电抗器典型故障分析，对技术人员提出了新的要求。 在日常检修过程中要针对电容器组配套设置的串联电抗器进行有目的检修工作，以达到限制合闸涌流和限制谐波的目的，保障光伏电站并网点电压和电流稳定性，促进新能源的可持续发展。

总之， 通过运行分析提高工作人员的工作水平，应当多培养太阳能光伏设备的从业人员，只有这样才能稳步提升太阳能光伏的应用水平。 在此过程中，提高工作人员的工作能力和作业水平是重中之重。 想要达到这样的效果，建立完善而又科学合理的运行分析制度就显得十分必要。 在建立了该制度的基础上，才能实时掌握太阳能光伏设备的运行状况，并对其运行过程中出现的问题加以改进。