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埋弧爐變壓器無功補償的安全運行

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埋弧爐變壓器無功補償的安全運行
錦州新生變壓公司器有限責任
         范新萍     
1
前言
隨著大型埋弧爐三次側的，中壓補償電容的增多，電容補償所引發的，電爐變壓器損壞的事故頻發。
西北地區冶煉行業近年來就發生多起同類事故
如；山西陽煤，內蒙沙坷土、中鹽吉蘭泰、平羅興平化工、平羅大地化工、中寧興爾泰化工、甘肅武威、陜西神木、府谷等，均有因中壓補償故障燒毀變壓器的例子。
國內較大的生產電爐變壓器的廠家均受其所累。
還許多類似的補償系統正在運行，存在很大的安全隱患。
已成為行業亟待解決的共性問題。

二、補償的方式及效果
埋弧封閉電爐容量越來越大，
爐子電阻隨容量的增加而減小，
電抗值卻增大，
電爐容量越大功率因素越低，
功率因素的補償勢在必行。
 節約能源
 要符合供電企業規定       cosφ≥0.9
電爐補償的方式
高壓補償——補償電容并聯在電爐變壓器的一次側
補償方式最簡單
它能改變電爐變壓器一次側線路接補償電容前的,電流相位角，滿足供電部門對用戶功率因素的要求，
但不能改變爐子的運行特性，也不能改變電爐變壓器一次側電流的相位角，
高壓補償都采用計算一定容量固定補償，特別對硅鐵，投料熔煉出料，負荷變化較大，不能進行調整，會出現過補及欠補。
在低壓側（二次側）補償
    這種補償方式需要采用價格昂貴的低壓電容器，而且占地面積大，雖然它不能改變爐子的運行特性。但他能改變爐變的一、二次側電流的相位角，由于低壓電壓很低，電流太大，不能全額補償在短網上，需與中壓或高壓共同補償才能更好保證功率因數。
中壓補償—— 是這里重點論述的補償方式，
是在串帶變的主變上加一個補償線圈接補償電容。
這種補償方式由于性價比相對較高.
近年來很多用戶喜歡用這種補償方式，這種補償不能改變爐子的參數和特征，但能減少一次側的電流和視在功率。
帶中壓補償時，在主變上增加一個補償線圈，目前高耗能電壓等級越來越高，從35kV到110kV，大型電爐變壓器大多數采用10kV補償方案—中壓補償，
從補償理論分析，中壓補償電容器技術是成熟的，
但大型電爐變壓器的補償經驗還有待于進一步豐富經驗，特別是電爐變壓器的中壓的電容補償的成套設備，無論是從設計、制造、部件、安裝、連接線路及操作方式都出現過問題，而且補償回路中保護不完善，造成電爐變壓器在非正常工作狀態下運行。
電石爐工作過程中無功周期性波動大
——電容器組的頻繁投切
——操作過電壓及涌流
——導致電容器爆炸，變壓器本體與補償電容之間的連接電纜頭爆炸

在電容器組投切及爐變級電壓的調節，會引起系統阻抗的變化，引起系統串聯或并聯諧振。經常調控運行及分合閘頻繁，在冶煉過程中諧波非常大。
中壓補償是建立在電爐變壓器中壓補償線圈上，容易發生諧振。

系統
s

3C
Yn,
D11,D11
系統
s

C
過電壓或電纜頭受潮
間歇電弧過電壓
補償電容均有多臺電容器并聯組成的容量，
根據高耗能電容器出現事故的頻率，基本所有的高耗能電容器生產廠家均出現過事故，
供電局給設計電氣圖紙均不考慮廠家設計中壓補償的保護
原因是中壓補償是建立在電爐變壓器中壓補償線圈上
 供電部門整定繼電保護——主要考慮電網安全，所有補償電容保護均由廠家自行負責。
中壓出線到電容器柜間沒有保護，

過電壓、電纜頭接地、斷路器的截流過電壓、補償裝置的 “先投后切” 誤操作等均能引發短路
近年來由于這些小問題引起變壓器燒毀的大事故的 問題居多。
大的埋弧爐變壓器均由三個單相變壓器組成，由中壓補償引起的大多三個變壓器組同時燒毀。
變壓器檢修、運輸、安裝得一個多月的時間，損失極大。

17
252kV以下系統可能出現的諧振過電壓
空載母線與電磁電壓互感器
中性點不接地變壓器非全相運行2~3pu
35kV 系統 中性點PT飽和
配電變壓器高壓繞組對地短路
送電線路一相斷線且一端接地或不接地
消弧線圈脫諧度不當
無功補償不當
投切電容器暫態過程

18
操作過電壓
線路合閘及重合閘過電壓
252kV 以下系統一般不超過 3.0pu 無需限制
空載線路分閘過電壓
66kV 以下系統 3~4pu
不對稱故障分閘和振蕩解列過電壓
隔離開關操作空載母線 2.0pu
3~66kV系統 開斷電容補償  4.0pu
操作空載變壓器  4.0pu
19
間歇電弧
不接地	3.5pu
消弧線圈	3.2pu
電阻接地	2.5pu
補償問題的解決方式——完善系統與繼電保護配置
目前中壓補償的電爐變壓器頻頻發生燒損事故，
多為補償系統電纜接地，
間歇電弧過電壓引發其它電纜頭絕緣擊穿，形成相間短路；
變壓器的繼電保護不完善，對此種故障無靈敏度，直到變壓器燒損、形成變壓器內部故障后動作跳閘。

一次設備方面
加裝Z型接地變壓器
電纜電路的電容使接地電弧不能可靠熄滅，將產生以下后果；
單相接地電弧發生間歇性的熄滅與重燃，會產生弧光接地過電壓，其幅值可達4Un或者更高，
持續時間長，會對電氣設備的絕緣造成極大的危害，在絕緣薄弱處形成擊穿，造成重大損失。 
持續電弧造成空氣的離解，破壞了周圍空氣的絕緣，容易發生相間短路；

為防止上述事故的發生，為系統提供足夠的零序電流和零序電壓，使接地保護可靠動作，需人為建立一個中性點，在中性點接入接地電阻。
接地變就是人為制造了一個中性點接地電阻，它的接地電阻一般很小。
接地變對正序、負序電流呈高阻抗，繞組中只流過很小的勵磁電流。
Z形接線使每個鐵心柱上兩段繞組繞向相反，同心柱上兩繞組流過相等的零序電流呈現低阻抗，零序電流在繞組上的壓降很小，既X0較小，
系統發生接地故障時，Z0呈電阻性，產生電阻性電流，避免容性電流的間歇電弧過電壓，并使零序電流保護快速動作，避免燒損變壓器。
優勢在于：有效地限制間歇性弧光過電壓，由于健全相過電壓降低，發生異地兩相接地的可能性隨之減小；單相接地時電容充電的暫態過電壓受到抑制；方便配置單相接地故障保護，使線路故障的自動檢出容易實現。

\
小電阻接地系統
接地變壓器
R
補償設備
測定系統電容，配置接地電阻
由電阻決定的電流要大于２倍電容電流
二次設備方面
設置零序電流保護
單組無功補償保護配置

動作電流整定
 
保護動作后，延時0.02~0.1s 跳開無功補償設備，如果故障繼續存在0.5s 跳開主變。
多組無功補償保護配置

動作電流整定
 
各組無功補償設備的接地保護，為接地故障的主保護，保護動作后，延時0.02~0.1s 跳開無功補償設備；
接地電阻回路的接地保護，為接地故障的總后備保護，如果故障繼續存在，則0.5s 跳開主變。
增設變壓器反限時過電流保護
變壓器短時過電流特性為（In/Ud）2×t≥2。
反時限曲線特性與之配合
反時限曲線的選擇
在電力行業標準《微機型反時限電流保護通用技術條件》（DL/T 823—2002）中，反時限零序過電流保護特性方程為

式中  :
   C——反時限特性常數；
   k——反時限常數；
   IOB——啟動電流；
   Tp——時間系數。
整定
其他應注意的問題
加強型 鐵芯電抗器、空心電抗器應布置在電容器的前端，使電抗器抑制諧波的同時起到限制涌流的作用。
電容補償的投切一定要按規程“后投先切”停運后禁止自動重合閘。
補償套管處加裝阻容吸收裝置，阻容吸收是頻敏元件，能有效抑制操作過電壓。
變壓器的補償線圈要加強絕緣。
補償容量遠小于變壓器容量。補償線圈到高壓線圈的阻抗要大。
結論
從埋弧爐變壓器燒損的現場情況看，均是補償回路中其他元件由于過電壓等原因擊穿---接地—短路。致使埋弧爐變壓器在非正常狀態運行，這種非正常狀態如不及時處理或告警，預示著將會引發變壓器內部故障。在10KV中壓補償回路增加接地變壓器與零序保護的配合是一種有效的保護，在回路中只要有一點接地立刻報警跳閘，避免過電壓及短路沖擊變壓器。
結論
１．接地變壓器及其接地電阻是消除間歇電弧過電壓的有效方式，應優先考慮。
       國內已廣泛使用在10kV、6kV系統，
       最近35kV 風電系統亦在進行電網改造。

２．零序電流保護是快速、靈敏的接地故障保護。
         有效的切除接地故障，保護變壓器及補償設備的安全。

結論 
３．反限時過電流保護可以靈敏、有效的發現主變過電流故障，及時報警、跳閘，使變壓器退出運行。

結論
    
謝謝

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02-09