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【摘 要】 近年来，干式空心电抗器损坏频繁，本文就干式空心电抗器损坏原因及应对措施进行了简单的分析。
【关键词】 干式空心电抗器；温升；补偿容量；串联电抗率
1 工程概况
该工程属于户外框架上的电容器成套装置，有6kV的高压电容器并联而成，每一个电容器的容量高达334kvar，这些容量综合起来后该系统的总补偿容量高达6012kvar。系统的额定电流是503.52A。整个成套装置主要有三个6kV的母线，在这些目前下面分别设置有一个用于防止电缆烧毁的限流电抗器，具体结构形式见图1。
为了能够准确了解该装置，在安装调试过程中，工作人员就应该对该装置进行红外线测温处理，测试结果显示该成套装置内部的电抗器常规温度是46℃。通过该系统上的瞬间电流刚开始时是556A，在逐步稳定后平稳处在520A。
2 工程问题
该工程装置的所有设计、调试以及安装的都是根据国家规范要求进行操作。但是在实际调试中还是存在一下几个问题。
（1）该工程的瞬间电流虽然能够从一开始的556A转变为520A，且长期处在520A这个值内，但是尽管如此这个值还是与规范标准要求的503.52A额定值有一定的差距。
（2）该成套装置的电抗器虽然正常情况下处于46℃，对于通电设备来说比较正常，但是按照国家标准判断还是属于偏高温度。
3 温升原因分析
3.1限流电抗器对系统的影响
影响主要有两点：抬高电压和减少补偿容量。该系统在刚刚运作时其原始电抗率一般是6%，且能够对5次谐波起到滤除作用。但是，若在不断运作后限流电抗器发生作用，那么系统的电抗率就会从原来的6%下降至3.268%。这种情况下，系统以及电容器的电压都会被直接影响，有被抬高的危险。另外，该成套系统的原始总补偿容量是6012kvar，这个值是在没有受到其他因素影响的情况下，但是一点限流电抗器发生作用，那么整个系统就需要使用一点的补偿容量对限流线扛起的感抗进行消除，如此一来其补偿总量也势必会开始减少。
3.2谐波对系统的影响
经过电能质量分析仪检测分析，系统3～11次谐波数据中3、5次谐波含量较高，具体数据见表1。
系统实际运行电流520A约为系统额定电流值503.52A的1.03倍，长期超过额定电流运行，电抗器在高温下很容易绝缘老化，将会大大缩短电抗器的寿命。
4 对策措施
采取何种解决措施一般需要根本项目的使用概况决定，也就是对于未建成的项目，那么应该要在设计出题就通过处理好系統元件匹配的方式解决问题。而对于已经建成的项目，那么则要根据项目系统的实际发展情况选择相应对策。具体如下。
4.1措施一
用减小补偿容量的方式。这种解决对策一般是系统因为谐波影响的原因出现了额定电流运行，而超出情况仍然未超出国标范围，且系统的功率因数cosφ仍然在国标要求范围内的情况下使用。具体是可以在原来系统中减去一个电容器，或者将整个系统的总补偿容量从6012kvar降低至5010kvar。如此设置之后整个系统实际通过的电流会得到明显下降，且能够让降低电抗器温度。
补偿容量为6012kvar时，系统的实际情况为：
K=（6%XC+XL+X长电缆）/XC（1）
式（1）中，K为含有限流电抗器、长电缆、并补装置时的系统电抗率；60%XC为干式空心电抗器感抗；XL为限流电抗器感抗；X长电缆为长电缆感抗。
经计算，整个系统的K为8.2%，加上温度、误差等因素对K的影响，K值估计可达9%，此种情况，系统在补偿无功功率的同时对3次谐波产生了放大，这是不可避免的。
如果每相各去掉1台电容器，总补偿容量为5010kvar，XC增大，60%XC增大，K值减小，I实际电流也会降低，系统不会长期过额定电流运行，电抗器的温升也会明显降低。
发生n次谐波谐振的电容器容量公式为：
Qsd=Sd×（1/n2-K）（2）
式（2）中，Qsd为发生n次谐波谐振的电容器容量；Sd为并联电容器安装处的母线短路容量；n为代表n次谐波；K为电抗率。
如果补偿无功容量为6012kvar，即6.012Mvar，则Qsd大=10.80Mvar；Qsd小=5.43Mvar，系统在3次谐振范围之内，可能会发生3次谐振。
如果每相去掉1台电容器，系统总补偿容量为5010kvar，即5.010Mvar，则Qsd大=12.77Mvar；Qsd小=6.43Mvar，系统避开了3次谐振范围，不会发生3次谐振。
Qsd大、Qsd小为发生n次谐波谐振的电容器最大、最小容量。
谐波电流Icn、Isn为：
式（3）、（4）中，n为谐波次数；In为谐波源的第n次谐波电流；Xs为系统等值基波短路电抗；Xc为电容器组基波电抗；XL为电抗器基波电抗（XL=AXc，A为电抗率），当nXs+（nXL-Xc/n）=0时，系统发生并联谐振，虽然串入电抗器以后，谐波次数和没有串入电抗器之前相比，明显降低，但是，电抗器的匹配需综合考虑当地系统的背景谐波，避免谐振的发生。欲抑制谐波电压，必须使nXs+（nXL-Xc/n）>0，即XL>Xc/n2。
4.2措施二
解决该问题的另外一个重要方法就是对串联电抗率进行最大限度的减小。但是，在使用串联电抗器时需要非常注意一个问题，即限流电抗器的影响作用。原因是限流电抗器的主要作用是保护电缆的安全，能够在很大程度上防止电缆短路，对于预防电缆烧毁出现故障有显著作用。所以，在设置串联电抗率时必须要非常注意这一点。以上分析结果可知，5次和3次谐波分别是该系统的最高谐波含量。
110kV变6kV系统处的最小短路容量、最大短路容量、最小短路电流、最大短路电流分别为：Sd小=220.985MVA；Sd大=438.92MVA；Id小=20.252kA，Id大=40.225kA。
假设需要配置的串联干式空心电抗器电抗率是d%，则电容器的容抗为：
干式空心电抗器的感抗为：
XL2=XC×d%=7.919×d%Ω
该系统前端采用了2根YJV（交联聚乙烯绝缘）3×240mm2的电缆80m，电缆参数0.07～0.08Ω/km，所以电缆的感抗值为：X电缆=0.0064Ω；限流电抗器的感抗值：XL1=0.2104Ω；
整个系统的电抗率为：K=（XL1+XL2+X电缆）/XC=（0.2104+7.919×d%+0.0064）/7.919=6%
所以干式空心电抗器电抗率d%为3.262%。
发生3次谐波谐振的电容器补偿容量为：Qsd小=Sd小×（1/9-0.06）=220.985×（1/9-0.06）=11.294Mvar；Qsd大=Sd大×（1/9-0.06）=438.92×（1/9-0.06）=22.4336Mvar。
该系统补偿6012kvar，即6.012Mvar。避开了3次谐波谐振区域，所以不会发生3次谐振。
干式空心电抗器感抗：
XL2=XC×3.262%=0.2583Ω；
电抗器容量选取：
（503.52×1.3）2×XL2=110.7kvar；留有一定余量，取120kvar。
经过核算，该系统电抗器可选CKGKL-120/6-3.26%，成套装置对应电容器额定电压为6.9/kV。
参考文献：
[1]陶梅，江钧祥.串联电抗器及其电抗率的选取[J].电力电容器与无功补偿，2010（03）.
[2]于海.干式空心电抗器的优化设计[D].西安理工大学，2009.
【关键词】 干式空心电抗器；温升；补偿容量；串联电抗率
1 工程概况
该工程属于户外框架上的电容器成套装置，有6kV的高压电容器并联而成，每一个电容器的容量高达334kvar，这些容量综合起来后该系统的总补偿容量高达6012kvar。系统的额定电流是503.52A。整个成套装置主要有三个6kV的母线，在这些目前下面分别设置有一个用于防止电缆烧毁的限流电抗器，具体结构形式见图1。
为了能够准确了解该装置，在安装调试过程中，工作人员就应该对该装置进行红外线测温处理，测试结果显示该成套装置内部的电抗器常规温度是46℃。通过该系统上的瞬间电流刚开始时是556A，在逐步稳定后平稳处在520A。
2 工程问题
该工程装置的所有设计、调试以及安装的都是根据国家规范要求进行操作。但是在实际调试中还是存在一下几个问题。
（1）该工程的瞬间电流虽然能够从一开始的556A转变为520A，且长期处在520A这个值内，但是尽管如此这个值还是与规范标准要求的503.52A额定值有一定的差距。
（2）该成套装置的电抗器虽然正常情况下处于46℃，对于通电设备来说比较正常，但是按照国家标准判断还是属于偏高温度。
3 温升原因分析
3.1限流电抗器对系统的影响
影响主要有两点：抬高电压和减少补偿容量。该系统在刚刚运作时其原始电抗率一般是6%，且能够对5次谐波起到滤除作用。但是，若在不断运作后限流电抗器发生作用，那么系统的电抗率就会从原来的6%下降至3.268%。这种情况下，系统以及电容器的电压都会被直接影响，有被抬高的危险。另外，该成套系统的原始总补偿容量是6012kvar，这个值是在没有受到其他因素影响的情况下，但是一点限流电抗器发生作用，那么整个系统就需要使用一点的补偿容量对限流线扛起的感抗进行消除，如此一来其补偿总量也势必会开始减少。
3.2谐波对系统的影响
经过电能质量分析仪检测分析，系统3～11次谐波数据中3、5次谐波含量较高，具体数据见表1。
系统实际运行电流520A约为系统额定电流值503.52A的1.03倍，长期超过额定电流运行，电抗器在高温下很容易绝缘老化，将会大大缩短电抗器的寿命。
4 对策措施
采取何种解决措施一般需要根本项目的使用概况决定，也就是对于未建成的项目，那么应该要在设计出题就通过处理好系統元件匹配的方式解决问题。而对于已经建成的项目，那么则要根据项目系统的实际发展情况选择相应对策。具体如下。
4.1措施一
用减小补偿容量的方式。这种解决对策一般是系统因为谐波影响的原因出现了额定电流运行，而超出情况仍然未超出国标范围，且系统的功率因数cosφ仍然在国标要求范围内的情况下使用。具体是可以在原来系统中减去一个电容器，或者将整个系统的总补偿容量从6012kvar降低至5010kvar。如此设置之后整个系统实际通过的电流会得到明显下降，且能够让降低电抗器温度。
补偿容量为6012kvar时，系统的实际情况为：
K=（6%XC+XL+X长电缆）/XC（1）
式（1）中，K为含有限流电抗器、长电缆、并补装置时的系统电抗率；60%XC为干式空心电抗器感抗；XL为限流电抗器感抗；X长电缆为长电缆感抗。
经计算，整个系统的K为8.2%，加上温度、误差等因素对K的影响，K值估计可达9%，此种情况，系统在补偿无功功率的同时对3次谐波产生了放大，这是不可避免的。
如果每相各去掉1台电容器，总补偿容量为5010kvar，XC增大，60%XC增大，K值减小，I实际电流也会降低，系统不会长期过额定电流运行，电抗器的温升也会明显降低。
发生n次谐波谐振的电容器容量公式为：
Qsd=Sd×（1/n2-K）（2）
式（2）中，Qsd为发生n次谐波谐振的电容器容量；Sd为并联电容器安装处的母线短路容量；n为代表n次谐波；K为电抗率。
如果补偿无功容量为6012kvar，即6.012Mvar，则Qsd大=10.80Mvar；Qsd小=5.43Mvar，系统在3次谐振范围之内，可能会发生3次谐振。
如果每相去掉1台电容器，系统总补偿容量为5010kvar，即5.010Mvar，则Qsd大=12.77Mvar；Qsd小=6.43Mvar，系统避开了3次谐振范围，不会发生3次谐振。
Qsd大、Qsd小为发生n次谐波谐振的电容器最大、最小容量。
谐波电流Icn、Isn为：
式（3）、（4）中，n为谐波次数；In为谐波源的第n次谐波电流；Xs为系统等值基波短路电抗；Xc为电容器组基波电抗；XL为电抗器基波电抗（XL=AXc，A为电抗率），当nXs+（nXL-Xc/n）=0时，系统发生并联谐振，虽然串入电抗器以后，谐波次数和没有串入电抗器之前相比，明显降低，但是，电抗器的匹配需综合考虑当地系统的背景谐波，避免谐振的发生。欲抑制谐波电压，必须使nXs+（nXL-Xc/n）>0，即XL>Xc/n2。
4.2措施二
解决该问题的另外一个重要方法就是对串联电抗率进行最大限度的减小。但是，在使用串联电抗器时需要非常注意一个问题，即限流电抗器的影响作用。原因是限流电抗器的主要作用是保护电缆的安全，能够在很大程度上防止电缆短路，对于预防电缆烧毁出现故障有显著作用。所以，在设置串联电抗率时必须要非常注意这一点。以上分析结果可知，5次和3次谐波分别是该系统的最高谐波含量。
110kV变6kV系统处的最小短路容量、最大短路容量、最小短路电流、最大短路电流分别为：Sd小=220.985MVA；Sd大=438.92MVA；Id小=20.252kA，Id大=40.225kA。
假设需要配置的串联干式空心电抗器电抗率是d%，则电容器的容抗为：
干式空心电抗器的感抗为：
XL2=XC×d%=7.919×d%Ω
该系统前端采用了2根YJV（交联聚乙烯绝缘）3×240mm2的电缆80m，电缆参数0.07～0.08Ω/km，所以电缆的感抗值为：X电缆=0.0064Ω；限流电抗器的感抗值：XL1=0.2104Ω；
整个系统的电抗率为：K=（XL1+XL2+X电缆）/XC=（0.2104+7.919×d%+0.0064）/7.919=6%
所以干式空心电抗器电抗率d%为3.262%。
发生3次谐波谐振的电容器补偿容量为：Qsd小=Sd小×（1/9-0.06）=220.985×（1/9-0.06）=11.294Mvar；Qsd大=Sd大×（1/9-0.06）=438.92×（1/9-0.06）=22.4336Mvar。
该系统补偿6012kvar，即6.012Mvar。避开了3次谐波谐振区域，所以不会发生3次谐振。
干式空心电抗器感抗：
XL2=XC×3.262%=0.2583Ω；
电抗器容量选取：
（503.52×1.3）2×XL2=110.7kvar；留有一定余量，取120kvar。
经过核算，该系统电抗器可选CKGKL-120/6-3.26%，成套装置对应电容器额定电压为6.9/kV。
参考文献：
[1]陶梅，江钧祥.串联电抗器及其电抗率的选取[J].电力电容器与无功补偿，2010（03）.
[2]于海.干式空心电抗器的优化设计[D].西安理工大学，2009.