В качестве основного устройства компенсации реактивной мощности в энергосистемах, батареи конденсаторов напряжением 10 кВ должны работать совместно с последовательными реакторами для подавления пусковых токов при коммутации и фильтрации гармоник. Однако на практике отказы, связанные с перегоранием активной зоны реакторов, поддерживающих батареи конденсаторов , являются обычным явлением. Такие отказы не только приводят к отключению батарей конденсаторов , но и могут спровоцировать каскадные проблемы, такие как колебания напряжения в сети и повреждение оборудования. Основываясь на реальных аварийных случаях, в данной статье подробно анализируются основные причины перегораний активной зоны реактора, предлагаются целевые профилактические меры, ориентированные на согласованную работу батарей конденсаторов и реакторов, а также приводятся рекомендации для предприятий электроэнергетики по обеспечению безопасности оборудования.
I. Конденсаторные батареи и последовательные реакторы: основная ценность скоординированной работы
Конденсаторные батареи напряжением 10 кВ , являющиеся основными устройствами компенсации реактивной мощности, в основном предназначены для ввода емкостной реактивной мощности в энергосистему, повышения коэффициента мощности и стабилизации напряжения на шинах. Однако конденсаторы генерируют огромные пусковые токи при коммутации (без подавления реактивной мощности реактором пиковый пусковой ток может превышать номинальный в десятки раз), что может привести к повреждению оборудования, например, предохранителей и корпусов конденсаторов .
Подключение последовательных реакторов эффективно решает эту проблему: индуктивные характеристики реакторов ограничивают пусковой ток конденсаторов при коммутации (обычно контролируя пиковый ток в пределах пятикратного номинального) и фильтруют высшие гармоники в электросети, предотвращая перегрев конденсаторов из-за перегрузки по гармоникам. Согласованная работа этих двух компонентов является основой обеспечения безопасной и эффективной работы системы компенсации реактивной мощности — параметры реакторов должны быть точно адаптированы к ёмкости конденсаторных батарей, в противном случае могут возникнуть такие проблемы, как перегрев сердечника и старение изоляции.
II. Обзор аварии: Полная история выгорания активной зоны реакторов, поддерживающих батареи конденсаторов 10 кВ
Последовательный реактор, поддерживающий батарею конденсаторов напряжением 10 кВ на подстанции, во время работы внезапно начал дымить и ощущать запах гари. После отключения питания осмотры показали, что изоляционный цилиндр и эпоксидная смола активной зоны реактора фазы B расплавились и разложились из-за высоких температур, шумопоглощающая краска отслоилась, а на поверхности колонны активной зоны скопилось большое количество древесной щепы и пыли. За два дня до аварии сработала защита от сверхтоков, и дальнейшие испытания подтвердили первопричину аварии:
1. Ключевые тестовые данные выявляют основные проблемы
Испытания на повышение температуры на неисправном реакторе показали аномальный скачок температуры активной зоны фазы B:
Температура фазы B до испытания составляла 21,7–23,6 ℃ и через 2 часа поднялась до 118,1–120,3 ℃, при этом повышение температуры составило 96,4–96,7 ℃;
- Повышение температуры фазы A и фазы C составило всего 14,9–20,4 ℃, но анатомические исследования показали, что их изоляционные материалы также потрескались и состарились.
- Дальнейшие испытания подтвердили, что сердечник фазы B вызвал возгорание изоляционного материала из-за высоких температур, а тепло, выделяемое фазами A и C, воздействовало на фазы A и C посредством теплопроводности. Однако согласование ёмкостей между конденсаторной батареей и реактором было нормальным, а отклонений в гармониках системы не наблюдалось, что исключает эти две распространённые причины.
2. Определение первопричины: Короткое замыкание в воздушном зазоре, вызванное ослаблением крепления листов кремнистой стали.
Активные зоны реакторов имеют слоистую структуру из листов кремнистой стали. Изолирующее покрытие из листов кремнистой стали может повысить сопротивление вихревых токов и снизить потери от вихревых токов (вихревые токи являются основной причиной нагрева активной зоны). Основной причиной этой аварии стало:
Во время производства, транспортировки или монтажа реактора некоторые листы кремнистой стали в активной зоне фазы B были неправильно закреплены, ослаблены или смещены, что привело к разрушению воздушных зазоров между железными дисками и возникновению коротких замыканий в воздушных зазорах;
- Короткие замыкания в воздушном зазоре резко увеличили потери на вихревые токи, а температура сердечника продолжала расти, превышая порог допуска изоляционных материалов (обычно 105 ℃), что в конечном итоге привело к разложению изоляции и возгоранию;
- Непрерывная подача питания от конденсаторной батареи привела к постоянному накоплению тепла в активной зоне реактора, что в конечном итоге привело к возгоранию активной зоны фазы B и повреждению изоляции фазы A и фазы C за счет теплопроводности.
III. Три основные причины возгорания активной зоны реактора в системах поддержки батарей конденсаторов
В сочетании с анализом случаев и отраслевым опытом все причины возгорания активной зоны реактора в системах поддержки батарей конденсаторов сводятся к «нарушению основных условий согласованной работы конденсаторов и реакторов» и могут быть разделены на три типа:
1. Дефекты производства и монтажа: нарушение целостности основной конструкции
Основными причинами являются неправильное ламинирование и скрепление листов кремнистой стали. Если листы кремнистой стали неплотно прилегают, несоосны или зажимные элементы ненадежно зафиксированы, воздушный зазор магнитной цепи сердечника будет поврежден, что увеличит потери на вихревые токи. Кроме того, недостаточная точность резки листов кремнистой стали, повреждение изоляционного покрытия в процессе производства или деформация сердечника, вызванная сильными вибрациями при транспортировке, создают скрытую опасность последующего перегрева. Эти дефекты постепенно проявляются в процессе длительной эксплуатации конденсаторных батарей и в конечном итоге приводят к перегоранию сердечника.
2. Ненадлежащее обслуживание: засорение каналов отвода тепла и накопление мусора
Древесная щепа и пыль, скапливающиеся на поверхности реактора в корпусе, не только ухудшали теплоотвод, но и блокировали воздуховоды теплоотвода, препятствуя своевременному отводу тепла, выделяемого активной зоной. Батареи конденсаторов и реакторы обычно устанавливаются на открытом воздухе на подстанциях или в распределительных помещениях. Если их не очищать в течение длительного времени, пыль, масляные пятна и мусор будут накапливаться на поверхности сердечника и в зазорах между катушками, снижая эффективность теплоотвода и приводя к постоянному накоплению тепла, превышающему допустимые температуры.
3. Ненормальное соответствие параметров и условий эксплуатации (вторичное, но критическое)
Хотя этот фактор в данном случае был исключен, на практике все равно требуется бдительность:
- Несоответствие мощностей реакторов и батарей конденсаторов (например, неправильный выбор реактивного сопротивления реактора) может вызвать резонанс в последовательной цепи, увеличивая потери в сердечнике;
- Когда гармоники в электросети превышают нормы, конденсаторные батареи склонны образовывать цепи усиления гармоник с реакторами, что приводит к увеличению искажений тока реакторов и потерь на вихревые токи в сердечнике;
- Частое переключение батарей конденсаторов (например, многократные пуски и остановки в течение короткого периода в периоды пиковой нагрузки) вызывает повторное намагничивание активной зоны реактора, усиливая нагрев.
IV. Безопасная эксплуатация конденсаторных батарей: комплексные меры по предотвращению возгорания активной зоны реактора
В ответ на вышеуказанные причины необходимо разработать системный план профилактики, охватывающий весь жизненный цикл «производство-монтаж-эксплуатация-обслуживание» батарей конденсаторов и реакторов:
1. Строго контролируйте качество производства и монтажа, чтобы заложить прочную основу безопасности.
- Этап производства: усилить контроль качества процессов резки, ламинирования и скрепления листов кремнистой стали для активной зоны реактора, чтобы гарантировать аккуратное расположение листов кремнистой стали, целостность изоляционных покрытий и надежное закрепление деталей; провести испытания на повышение температуры и испытания на сопротивление постоянному току перед поставкой, чтобы гарантировать сбалансированные трехфазные параметры (разница сопротивления постоянному току ≤ 2%).
- Транспортировка и установка: Выбирайте ровные маршруты для транспортировки, принимайте меры по гашению вибрации, чтобы избежать деформации сердечника; поднимайте и размещайте с осторожностью во время установки на месте, выполняйте работы в строгом соответствии с проектными чертежами, не допускайте ударов и столкновений, а также проводите полную проверку креплений после установки, чтобы убедиться в отсутствии люфта.
- Проверка соответствия: проверьте параметры реакторов и батарей конденсаторов перед установкой, чтобы убедиться, что реактивное сопротивление и номинальный ток совместимы с емкостью конденсатора (например, реакторы с реактивным сопротивлением 6% обычно используются в батареях конденсаторов 10 кВ для подавления 5-й гармоники).
2. Усильте ежедневное обслуживание, чтобы обеспечить отвод тепла и чистоту.
- Регулярная уборка: проводите ежемесячные проверки для очистки поверхности реактора, активной зоны и воздуховодов теплоотвода от пыли, древесной щепы, масляных пятен и другого мусора, чтобы обеспечить беспрепятственный отвод тепла; увеличивайте частоту уборки в периоды пиковой нагрузки.
- Мониторинг температуры: установите датчики температуры в ключевых частях активной зоны реактора для отслеживания изменений температуры в режиме реального времени и установите порог срабатывания сигнализации о высокой температуре (рекомендуемое значение ≤ 85 ℃); используйте инфракрасные термометры для регулярного определения трехфазных температур и немедленно отключите оборудование для проверки, если разница температур превысит 10 ℃.
- Оценка состояния: Объедините записи об эксплуатации батарей конденсаторов , чтобы каждые шесть месяцев проверять состояние изоляции и целостность катушек реакторов, а также выявлять скрытые опасности, такие как растрескивание изоляции и обрыв жил катушек.
3. Оптимизируйте условия эксплуатации для снижения непредвиденных потерь.
- Управление гармониками: Регулярно измеряйте гармонические составляющие подстанции; если 3-я, 5-я и другие гармоники превышают нормы, добавьте специальные фильтрующие устройства, чтобы предотвратить усиление гармоник в цепях конденсатор -реактор.
Стандартизировать операции переключения: Диспетчерская служба должна разумно организовать режим работы конденсаторных батарей, избегать частых переключений при резких изменениях погоды или резких колебаниях нагрузки, а также снижать дополнительные потери, вызванные повторным намагничиванием активной зоны реактора.
Действия в аварийной ситуации: если срабатывает защита от перегрузки по току, температура реактора повышается до ненормальных значений или появляются необычные запахи, немедленно отключите конденсаторную батарею, устраните неисправность, а затем возобновите работу, чтобы предотвратить расширение неисправности.
V. Заключение: Согласованная работа батарей конденсаторов и реакторов, безопасность как основная предпосылка
Безопасная эксплуатация конденсаторных батарей напряжением 10 кВ неотделима от надежного взаимодействия реакторов. Предотвращение отказов, связанных с перегревом активной зоны, требует усилий по трем направлениям: «подбор параметров, контроль качества и мониторинг технического обслуживания» для обеспечения согласованного баланса конденсаторов и реакторов. Только путем внедрения мер безопасности на протяжении всего жизненного цикла можно избежать отключения конденсаторных батарей и потерь в энергосистеме, вызванных отказами, а также обеспечить полную эффективность системы компенсации реактивной мощности.
Если в вашей энергосистеме используются конденсаторные батареи напряжением 10 кВ, пожалуйста, укажите ёмкость конденсаторов , параметры реакторов и срок службы. Компания Hengrong Electric CO., LTD. разработает для вас эксклюзивный план оценки состояния и технического обслуживания, который обеспечит стабильную работу конденсаторных батарей и реакторов в течение длительного времени!