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1、埋弧埋弧炉变炉变压器无功补压器无功补 偿的安全运行偿的安全运行 锦州新生变压公司器有限责任 范新萍 15541610072 1 前言前言 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。 1.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。 1.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。 已成为行业亟已成为行业亟待解待解决的共性问题。决的共性问题。 二、补偿的
2、方式及二、补偿的方式及效果效果 埋埋弧封闭弧封闭电炉容量电炉容量越来越大越来越大， 炉子炉子电阻随容量的增加而减小电阻随容量的增加而减小， 电抗电抗值却增大值却增大， 电炉电炉容量越大功率因素越低容量越大功率因素越低， 功率因素的补偿势在必行。功率因素的补偿势在必行。 节约能源节约能源 要要符合供电符合供电企业规定企业规定 coscos0.90.9 电炉补偿的方式电炉补偿的方式 高压补偿高压补偿补偿补偿电容并联在电炉变压器的一次电容并联在电炉变压器的一次侧侧 补偿方式最简单补偿方式最简单 它它能改变电炉变压器一次侧线路接补偿电能改变电炉变压器一次侧线路接补偿电容前的容前的, ,电电流流 相位角
3、相位角，满，满足供电部门对用户功率因素的要求足供电部门对用户功率因素的要求， 但不能但不能改变炉子的运行特性，也不能改变电炉变压器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一次侧电流的相位角， 高压高压补偿都采用计算一定容量固定补偿，特别对硅铁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，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。出现过补及欠补。 在低压侧（二次侧）补偿在低压侧（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
4、炉子的运行特性。但他能占地面积大，虽然它不能改变炉子的运行特性。但他能 改变改变炉炉变变的的一、二次侧电流的相位角，由于低压电压很一、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，需与中低，电流太大，不能全额补偿在短网上，需与中压压或高或高 压压共同补偿才共同补偿才能能更好更好保保证功率因数证功率因数。 中压中压补偿补偿 是是这里这里重重点论述的补偿方式点论述的补偿方式， 是是在串带变的主变上加一个补偿线圈接补偿电容。在串带变的主变上加一个补偿线圈接补偿电容。 这种这种补偿补偿方式由于性价比相对较方式由于性价比相对较高高. . 近年来近年来很多用户喜欢用这种补偿方式很
5、多用户喜欢用这种补偿方式，这种补偿不能改变炉子的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。参数和特征，但能减少一次侧的电流和视在功率。 带带中压补偿时，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，从级越来越高，从35kV35kV到到110kV110kV，大型电炉变压器大多数采用，大型电炉变压器大多数采用10kV10kV 补偿方案补偿方案中压补偿中压补偿， 从补偿理论分析，中压补偿电容器技术是成熟的从补偿理论分析，中压补偿电容器技术是成熟的， 但但大型大型电炉变压器的补偿经验还有待于进一步丰富经验电炉变压
6、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，特别是电炉变压器的中压的电容补偿的成套设备，无无 论是从设计、制造、部件、安装、连接线路及操作方式论是从设计、制造、部件、安装、连接线路及操作方式 都出现过问题都出现过问题，而且补偿回路中保护不完善，造成电炉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。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石炉工作过程中无功周期性波动大 电容器组的频繁投切电容器组的频繁投切 操作过电压及涌流操作过电压及涌流 导致电容器爆炸，变压器本体与补偿电容之间的连接导致电容器爆炸，变压器本体与
7、补偿电容之间的连接 电缆头爆炸电缆头爆炸 在电容器组投切及炉变级在电容器组投切及炉变级电压电压的调节，会引的调节，会引 起系统阻抗的变化，引起系统串联或并联谐起系统阻抗的变化，引起系统串联或并联谐 振。经常调控运行及分合闸频繁，在冶炼过振。经常调控运行及分合闸频繁，在冶炼过 程中谐波非常大程中谐波非常大。 中压补偿是建立在电炉变压器中压补偿线圈中压补偿是建立在电炉变压器中压补偿线圈 上，容上，容易发生谐振易发生谐振。 系统 s 1C2C3C Yn, D11,D11 系统 s C 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，补偿电容均有多台电容器并联组成的容量
8、， 根据高耗能电容器出现事故的频率，基本所有的根据高耗能电容器出现事故的频率，基本所有的 高耗能高耗能电容器电容器生产厂家均出现过事故，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 的保护的保护 原因是中压原因是中压补偿补偿是建立在电炉变压器中压补偿线圈上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供电部门整定继电保护主要主要考考虑电网安全，所有虑电网安全，所有 补偿电容保护均由厂家自行负责。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
9、电压、补偿过电压、电缆头接地、断路器的截流过电压、补偿 装置的装置的 “ “先投后切先投后切” ” 误操作等均能引发短路误操作等均能引发短路 近年来由于近年来由于这些这些小问题引起变压器烧毁的大事故小问题引起变压器烧毁的大事故的的 问题居多问题居多。 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，损失变压器检修、运输、安装得一个多月的时间，损失 极大。极大。 府谷17 252kV252kV以下系统以下系统 可能出现的谐振过电压可能出现的
10、谐振过电压 l空载母线与电磁电压互感器 l中性点不接地变压器非全相运行23pu l35kV 系统 中性点PT饱和 l配电变压器高压绕组对地短路 l送电线路一相断线且一端接地或不接地 l l消弧线圈脱谐度消弧线圈脱谐度不当不当 l l无功补偿不当无功补偿不当 l投切电容器暂态过程 府 谷 18 操作过电操作过电压压 l线路合闸及重合闸过电压 l252kV 以下系统一般不超过 3.0pu 无需限制 l空载线路分闸过电压 l66kV 以下系统 34pu l不对称故障分闸和振荡解列过电压 l隔离开关操作空载母线 2.0pu l l366kV366kV系统系统 开断电容补偿开断电容补偿 4.0pu4.0
11、pu l操作空载变压器 4.0pu 19 间歇电弧间歇电弧 不接地3.5pu 消弧线圈 3.2pu 电阻接地 2.5pu 补偿问题的解决补偿问题的解决方式方式 完善完善系统与继电保护系统与继电保护配置配置 目前中压补偿目前中压补偿的的电炉电炉变变压器频频发生烧损事压器频频发生烧损事 故故， 多多为补偿系统电缆接地为补偿系统电缆接地， 间歇间歇电弧过电压引发其它电缆头绝缘击穿，形成电弧过电压引发其它电缆头绝缘击穿，形成 相间短路相间短路； 变压器变压器的继电保护不完善，对此种故障无灵敏度的继电保护不完善，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，直到变压器烧损、形成变压器内
12、部故障后动作 跳闸。跳闸。 一次设备一次设备方面方面 加装加装Z Z型接地变压器型接地变压器 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；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，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， 其幅值可达其幅值可达4Un4Un或者或者更高更高， 持续时间持续时间长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘长，会对电气设备的绝缘造成极大的危害，在绝缘薄弱处薄弱处 形成形成击穿击穿，造成造成重大损失。重大损失。 持续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
13、间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；短路； 为防止上述为防止上述事故的发生，为系统提供足够的零序电流和事故的发生，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点，在中性点接入接地电阻。 接地接地变就是人为制造了一个中性点接地电阻，它的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。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 的励磁电流的励磁电流。 Z Z形接线使每个铁心柱上两段
14、绕组绕向相反，同心柱上两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，既上的压降很小，既X0X0较小较小， 系统发生系统发生接地故障时，接地故障时，Z0Z0呈电阻性，产生电阻性电流，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
15、可能性随之减小；单过电压降低，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。相接地故障保护，使线路故障的自动检出容易实现。 小电阻接地系统小电阻接地系统 接地变压器接地变压器 R R 补偿设备补偿设备补偿设备补偿设备 测定系统电容，配置接地电阻测定系统电容，配置接地电阻 由电阻决由电阻决 定的电流定的电流 要大于要大于 倍电容电倍电容电 流流 二次设备二次设备方面方面 设置零序电流设置零序电流保护保护 单组无功补偿保护配置 动作电流整定 保护动作保护动作后后，延延时时 0.020.1s 0.020.1s 跳开无功补偿设跳开无功补偿设 备，如果故障继续存在备，如果故障继续存在0.5s 0.5s 跳开主变。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各组无功补偿设备的接地保护，护， 为为接地故障的主保护，保护动作接地故障的主保护，保护动作后后 ，延，延时时0.020.1s 0.020.1s 跳开无功补偿设跳开无功补偿设 备；备； 接接地电阻回路的接地保护，为接地电阻回路
