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埋弧炉变压器无功补偿的安全运行

		点击数：	更新时间： 2022年11月20日
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埋弧炉变压器无功补偿的安全运行
锦州新生变压公司器有限责任
         范新萍     
1
前言
随着大型埋弧炉三次侧的，中压补偿电容的增多，电容补偿所引发的，电炉变压器损坏的事故频发。
西北地区冶炼行业近年来就发生多起同类事故
如；山西阳煤，内蒙沙坷土、中盐吉兰泰、平罗兴平化工、平罗大地化工、中宁兴尔泰化工、甘肃武威、陕西神木、府谷等，均有因中压补偿故障烧毁变压器的例子。
国内较大的生产电炉变压器的厂家均受其所累。
还许多类似的补偿系统正在运行，存在很大的安全隐患。
已成为行业亟待解决的共性问题。

二、补偿的方式及效果
埋弧封闭电炉容量越来越大，
炉子电阻随容量的增加而减小，
电抗值却增大，
电炉容量越大功率因素越低，
功率因素的补偿势在必行。
 节约能源
 要符合供电企业规定       cosφ≥0.9
电炉补偿的方式
高压补偿——补偿电容并联在电炉变压器的一次侧
补偿方式最简单
它能改变电炉变压器一次侧线路接补偿电容前的,电流相位角，满足供电部门对用户功率因素的要求，
但不能改变炉子的运行特性，也不能改变电炉变压器一次侧电流的相位角，
高压补偿都采用计算一定容量固定补偿，特别对硅铁，投料熔炼出料，负荷变化较大，不能进行调整，会出现过补及欠补。
在低压侧（二次侧）补偿
    这种补偿方式需要采用价格昂贵的低压电容器，而且占地面积大，虽然它不能改变炉子的运行特性。但他能改变炉变的一、二次侧电流的相位角，由于低压电压很低，电流太大，不能全额补偿在短网上，需与中压或高压共同补偿才能更好保证功率因数。
中压补偿—— 是这里重点论述的补偿方式，
是在串带变的主变上加一个补偿线圈接补偿电容。
这种补偿方式由于性价比相对较高.
近年来很多用户喜欢用这种补偿方式，这种补偿不能改变炉子的参数和特征，但能减少一次侧的电流和视在功率。
带中压补偿时，在主变上增加一个补偿线圈，目前高耗能电压等级越来越高，从35kV到110kV，大型电炉变压器大多数采用10kV补偿方案—中压补偿，
从补偿理论分析，中压补偿电容器技术是成熟的，
但大型电炉变压器的补偿经验还有待于进一步丰富经验，特别是电炉变压器的中压的电容补偿的成套设备，无论是从设计、制造、部件、安装、连接线路及操作方式都出现过问题，而且补偿回路中保护不完善，造成电炉变压器在非正常工作状态下运行。
电石炉工作过程中无功周期性波动大
——电容器组的频繁投切
——操作过电压及涌流
——导致电容器爆炸，变压器本体与补偿电容之间的连接电缆头爆炸

在电容器组投切及炉变级电压的调节，会引起系统阻抗的变化，引起系统串联或并联谐振。经常调控运行及分合闸频繁，在冶炼过程中谐波非常大。
中压补偿是建立在电炉变压器中压补偿线圈上，容易发生谐振。

系统
s

3C
Yn,
D11,D11
系统
s

C
过电压或电缆头受潮
间歇电弧过电压
补偿电容均有多台电容器并联组成的容量，
根据高耗能电容器出现事故的频率，基本所有的高耗能电容器生产厂家均出现过事故，
供电局给设计电气图纸均不考虑厂家设计中压补偿的保护
原因是中压补偿是建立在电炉变压器中压补偿线圈上
 供电部门整定继电保护——主要考虑电网安全，所有补偿电容保护均由厂家自行负责。
中压出线到电容器柜间没有保护，

过电压、电缆头接地、断路器的截流过电压、补偿装置的 “先投后切” 误操作等均能引发短路
近年来由于这些小问题引起变压器烧毁的大事故的 问题居多。
大的埋弧炉变压器均由三个单相变压器组成，由中压补偿引起的大多三个变压器组同时烧毁。
变压器检修、运输、安装得一个多月的时间，损失极大。

17
252kV以下系统可能出现的谐振过电压
空载母线与电磁电压互感器
中性点不接地变压器非全相运行2~3pu
35kV 系统 中性点PT饱和
配电变压器高压绕组对地短路
送电线路一相断线且一端接地或不接地
消弧线圈脱谐度不当
无功补偿不当
投切电容器暂态过程

18
操作过电压
线路合闸及重合闸过电压
252kV 以下系统一般不超过 3.0pu 无需限制
空载线路分闸过电压
66kV 以下系统 3~4pu
不对称故障分闸和振荡解列过电压
隔离开关操作空载母线 2.0pu
3~66kV系统 开断电容补偿  4.0pu
操作空载变压器  4.0pu
19
间歇电弧
不接地	3.5pu
消弧线圈	3.2pu
电阻接地	2.5pu
补偿问题的解决方式——完善系统与继电保护配置
目前中压补偿的电炉变压器频频发生烧损事故，
多为补偿系统电缆接地，
间歇电弧过电压引发其它电缆头绝缘击穿，形成相间短路；
变压器的继电保护不完善，对此种故障无灵敏度，直到变压器烧损、形成变压器内部故障后动作跳闸。

一次设备方面
加装Z型接地变压器
电缆电路的电容使接地电弧不能可靠熄灭，将产生以下后果；
单相接地电弧发生间歇性的熄灭与重燃，会产生弧光接地过电压，其幅值可达4Un或者更高，
持续时间长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘薄弱处形成击穿，造成重大损失。 
持续电弧造成空气的离解，破坏了周围空气的绝缘，容易发生相间短路；

为防止上述事故的发生，为系统提供足够的零序电流和零序电压，使接地保护可靠动作，需人为建立一个中性点，在中性点接入接地电阻。
接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻，它的接地电阻一般很小。
接地变对正序、负序电流呈高阻抗，绕组中只流过很小的励磁电流。
Z形接线使每个铁心柱上两段绕组绕向相反，同心柱上两绕组流过相等的零序电流呈现低阻抗，零序电流在绕组上的压降很小，既X0较小，
系统发生接地故障时，Z0呈电阻性，产生电阻性电流，避免容性电流的间歇电弧过电压，并使零序电流保护快速动作，避免烧损变压器。
优势在于：有效地限制间歇性弧光过电压，由于健全相过电压降低，发生异地两相接地的可能性随之减小；单相接地时电容充电的暂态过电压受到抑制；方便配置单相接地故障保护，使线路故障的自动检出容易实现。

\
小电阻接地系统
接地变压器
R
补偿设备
测定系统电容，配置接地电阻
由电阻决定的电流要大于２倍电容电流
二次设备方面
设置零序电流保护
单组无功补偿保护配置

动作电流整定
 
保护动作后，延时0.02~0.1s 跳开无功补偿设备，如果故障继续存在0.5s 跳开主变。
多组无功补偿保护配置

动作电流整定
 
各组无功补偿设备的接地保护，为接地故障的主保护，保护动作后，延时0.02~0.1s 跳开无功补偿设备；
接地电阻回路的接地保护，为接地故障的总后备保护，如果故障继续存在，则0.5s 跳开主变。
增设变压器反限时过电流保护
变压器短时过电流特性为（In/Ud）2×t≥2。
反时限曲线特性与之配合
反时限曲线的选择
在电力行业标准《微机型反时限电流保护通用技术条件》（DL/T 823—2002）中，反时限零序过电流保护特性方程为

式中  :
   C——反时限特性常数；
   k——反时限常数；
   IOB——启动电流；
   Tp——时间系数。
整定
其他应注意的问题
加强型 铁芯电抗器、空心电抗器应布置在电容器的前端，使电抗器抑制谐波的同时起到限制涌流的作用。
电容补偿的投切一定要按规程“后投先切”停运后禁止自动重合闸。
补偿套管处加装阻容吸收装置，阻容吸收是频敏元件，能有效抑制操作过电压。
变压器的补偿线圈要加强绝缘。
补偿容量远小于变压器容量。补偿线圈到高压线圈的阻抗要大。
结论
从埋弧炉变压器烧损的现场情况看，均是补偿回路中其他元件由于过电压等原因击穿---接地—短路。致使埋弧炉变压器在非正常状态运行，这种非正常状态如不及时处理或告警，预示着将会引发变压器内部故障。在10KV中压补偿回路增加接地变压器与零序保护的配合是一种有效的保护，在回路中只要有一点接地立刻报警跳闸，避免过电压及短路冲击变压器。
结论
１．接地变压器及其接地电阻是消除间歇电弧过电压的有效方式，应优先考虑。
       国内已广泛使用在10kV、6kV系统，
       最近35kV 风电系统亦在进行电网改造。

２．零序电流保护是快速、灵敏的接地故障保护。
         有效的切除接地故障，保护变压器及补偿设备的安全。

结论 
３．反限时过电流保护可以灵敏、有效的发现主变过电流故障，及时报警、跳闸，使变压器退出运行。

结论
    
谢谢

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