在2025年，電抗器行業(yè)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，隨著各行業(yè)對電力質(zhì)量要求的提升，電抗器在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。在鋼鐵冶煉行業(yè)，高阻抗電弧爐中電抗器的使用尤為關(guān)鍵，其檔位選擇直接影響著電弧爐的工作效率與冶煉效果，然而目前在電抗器檔位選擇方面仍存在諸多問題亟待解決。
《2025-2030年全球及中國電抗器行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》指出，高阻抗電弧爐具備高電壓、低電流工作的優(yōu)勢，但二次電壓提升會引發(fā)功率因數(shù)過高、電弧燃燒不穩(wěn)定以及短路電流過大等狀況。在變壓器一次側(cè)串聯(lián)電抗器，成為解決這些問題的核心舉措。帶有串聯(lián)電抗器的高阻抗電弧爐主電路中，電抗器發(fā)揮著多重重要作用。在系統(tǒng)電阻不變時，它能夠提升無功功率、降低功率因數(shù)，保障電弧持續(xù)穩(wěn)定燃燒;隨著電抗增加，系統(tǒng)阻抗增大，短路電流得以降低，進而減輕電壓閃變，減少諧波發(fā)生量;同時，系統(tǒng)阻抗增加而短網(wǎng)電阻不變、功率因數(shù)恒定的情況下，電爐變壓器在相同輸出功率時，可獲取更高的二次電壓和更低的二次電流，供電效率也隨之提高。
在電弧爐煉鋼過程中，工作短路難以避免，尤其在起弧、穿井和熔化階段較為常見。起弧時的短路因電壓檔位低、時間短，對系統(tǒng)影響較小;而熔化期的短路多由廢鋼塌料引發(fā)，若此時電抗器檔位低、電抗值小，高的二次電壓會致使短路電流過大，造成高壓開關(guān)頻繁跳閘。
將供電系統(tǒng)上所有電氣設(shè)備和線路阻抗折算到電爐變壓器一次側(cè)，能夠計算出不同電抗器檔位的短路電流。以某 150t 電弧爐為例，電抗器處于 1 檔時的最大短路電流(電抗值為 0)是 6 檔(電抗值為 1.0Ω)時的 1.27 倍。由此可見，電弧爐熔煉期提升電壓必須匹配合適的電抗器檔位，否則極易引發(fā)系統(tǒng)保護動作，影響冶煉穩(wěn)定性，同時還會產(chǎn)生更多閃變和諧波，干擾電網(wǎng)穩(wěn)定。
電弧爐冶煉過程通常分為起弧、穿井、主熔化和精煉升溫 4 個階段。制定供電曲線時，需依據(jù)不同冶煉階段的特點，合理選定工作電流和電壓。起弧階段電弧不穩(wěn)定，一般采用低電壓、低電流檔供電;穿井期易發(fā)生短路，應(yīng)采用中電壓、高電流供電，這兩個階段電抗器檔位影響相對較小。主熔化期電弧傳熱條件良好，可采用高電壓長弧滿功率供電，但要注意防止爐料坍塌導(dǎo)致短路跳閘，最高電壓檔的選擇需確保系統(tǒng)短路電流在保護整定值之內(nèi)。
精煉升溫期的供電取決于爐內(nèi)泡沫渣情況，泡沫渣埋弧效果好可采用高電壓長弧供電，反之則應(yīng)降低電壓、增加電流。
電抗器檔位優(yōu)化需遵循一定原則，在滿足工藝需求的同時，充分考量供電穩(wěn)定性、負載特性和供電曲線，以發(fā)揮高阻抗電弧爐長弧高電壓的供電優(yōu)勢，實現(xiàn)高效冶煉。具體可從以下三個方面著手：
能量匹配：電弧爐冶煉過程中，要保證輸入的電能與化學(xué)能相匹配。若吹氧能力較弱，不應(yīng)盲目追求最大功率，需通過工藝核算來確定合適的輸入功率。
電效率最優(yōu)：弧功率和有功功率的比值即電效率 η，電效率越高，變壓器輸出功率轉(zhuǎn)化到爐內(nèi)的能量越多，其與功率因數(shù)、二次電壓相關(guān)。
通電的穩(wěn)定性：鑒于電弧爐冶煉時爐內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，短路、斷路頻繁，為保護設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)定了保護值。一旦觸發(fā)保護，會導(dǎo)致供電系統(tǒng)跳閘，影響冶煉節(jié)奏。因此，電抗器檔位和二次電壓檔位需良好配合。
基于上述原則，電抗器檔位優(yōu)化首先要明晰電弧爐的負載特性和供電曲線，即建立電弧爐的工作點總表。在某一電抗器檔位下，依據(jù)不同的功率因數(shù) cosφ，計算各二次電壓對應(yīng)的有功功率 P、變壓器輸出視在功率S、電弧電流I.、弧功率P?、電效率 η 等參數(shù)。通過對各參數(shù)約束條件進行評價，篩選出每一檔電壓有用的工作點，形成工作點總表。工作點總表中，電流檔電流值按對應(yīng)電壓檔最大工作電流的5%遞減。
建立工作點總表后，根據(jù)工藝對輸入功率(即弧功率)的要求，在電抗器各檔工作點總表中選取相應(yīng)的電壓、電流、功率因數(shù)、電效率等評價參數(shù)，形成評價表，通過評價選出最優(yōu)電抗器檔位。例如，當(dāng)弧功率為 90MW 時，經(jīng)評價分析，電抗器檔位最佳選擇為5檔，此時功率因數(shù)較高，電效率最高。選定電抗器檔位后，還需依據(jù)短路電流對應(yīng)曲線，確定主熔化期的最高電壓，防止因塌料短路造成供電系統(tǒng)跳閘。
將上述優(yōu)化方案應(yīng)用于某150t電爐，優(yōu)化前后的方案設(shè)置存在明顯差異。優(yōu)化前，該電弧爐二次電壓最高 18檔，供電功率偏低，提高電壓檔位易引發(fā)系統(tǒng)過電壓保護動作跳閘。優(yōu)化后，主熔化前期弧功率由80MVA提升至 85MVA，功率因數(shù)從0.77提高到0.80，主熔化后期和精煉期電壓進一步升高，電流下降，功率因數(shù)保持在 0.82左右。
綜上所述，在2025年電抗器行業(yè)發(fā)展的大背景下，針對高阻抗電弧爐電抗器檔位優(yōu)化的研究與實踐具有重要意義。通過深入分析電抗器在高阻抗電弧爐中的工作原理與作用，明確其檔位對供電穩(wěn)定性、負載特性和供電曲線的影響，并依據(jù)科學(xué)的優(yōu)化方法，能夠有效提升電弧爐的工作效率。該優(yōu)化方法通過建立運行電抗模型、制訂工作點總表、確定工藝需求并評價參數(shù)來選擇最優(yōu)電抗器檔位，同時結(jié)合主熔化期供電曲線防止系統(tǒng)跳閘。實際應(yīng)用表明，優(yōu)化后的電抗器檔位能夠滿足電弧爐工藝對輸入功率的要求，提高功率因數(shù)，縮短冶煉時間，使電弧爐發(fā)揮出高電壓長弧冶煉的優(yōu)勢，為鋼鐵冶煉行業(yè)的高效、穩(wěn)定發(fā)展提供了有力支持。
在電力系統(tǒng)不斷升級的當(dāng)下，電抗器作為關(guān)鍵設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行對電網(wǎng)起著至關(guān)重要的作用。2025年，國家出臺多項政策推動電抗器行業(yè)向高效、安全、智能化方向發(fā)展，旨在提升電力設(shè)備可靠性，保障能源穩(wěn)定供應(yīng)。與此同時，電抗器在實際運行中仍面臨諸多挑戰(zhàn)，特高壓換流站交流濾波器電抗器的故障問題亟待深入研究與有效解決。
2023年4月20日，某±800 kV特高壓換流站在對5643 小組濾波器L1 電抗器A相進行例行檢修時，發(fā)現(xiàn)異常情況。該電抗器型號為 ZKK - 72.5 - 325.4 - 1，屬于干式空心阻尼電抗器，三相水平布置，于2020年8月出廠，2021年6月投入運行。其共有三個包封，最外層為假包封用于減緩老化，無調(diào)匝環(huán)且頂部有防雨罩，此前例行檢修的試驗和巡視記錄均無異常。此次檢修發(fā)現(xiàn)，電抗器底部第1包封層一處引出線位置出現(xiàn)燒蝕，防鳥網(wǎng)及出線位置被燒黑，不過監(jiān)控后臺未出現(xiàn)故障跳閘報文。
現(xiàn)場檢查顯示，電抗器下出線臂逆時針120°吊臂第1包封層引出線位置，包封層內(nèi)表面及附近防鳥網(wǎng)遭受不同程度燒蝕，現(xiàn)場還留有類似馬蜂窩狀的碎屑，而其他位置完好無損。經(jīng)現(xiàn)場測試，該電抗器的電阻及電感數(shù)值符合要求，其燒蝕情況通過相關(guān)圖片清晰呈現(xiàn)。
對故障電抗器進行包裹后返廠解體檢查。外觀檢查發(fā)現(xiàn)，除燒蝕位置外，電抗器風(fēng)道清潔無堵塞，表面涂層保持完好。
在返廠試驗中，對故障電抗器進行直流電阻、電感測量，結(jié)果均無異常。施加工頻電流后，計算得出 75℃參考溫度下的交流電阻 Rac75。
依據(jù)相關(guān)標準，對電抗器進行匝間過電壓測試、雷電沖擊試驗以及溫升試驗。匝間過電壓測試中，全電壓波形與半電壓波形相位無差異，試品無異常;雷電沖擊試驗過程中，電流、電壓波形穩(wěn)定，試品內(nèi)部無煙霧、異常聲響，絕緣表面無沿面閃絡(luò);溫升試驗中，平均溫升 56.8 K(標準值≤70 K)，熱點溫升 61.9 K(標準值≤84 K)，均滿足要求。
去除假包封層并剖開第一、二層包封后觀察，未發(fā)現(xiàn)放電及擊穿跡象。揭開第一包封層靠近損傷位置的內(nèi)包封層檢查導(dǎo)線內(nèi)部絕緣，情況良好。對損傷部位切塊檢查，斷面內(nèi)部無異常，損傷僅發(fā)生在切塊外表面，且該位置無繞組，處于電抗器端部繞組封堵位置。
為探究電抗器內(nèi)層包封表面及底部防鳥網(wǎng)損壞原因，進行有限元仿真分析。
金屬異物電磁發(fā)熱影響：對存在異物的電抗器建立模型，在損傷相近位置增加直徑 50 mm 的鐵制金屬環(huán)，按照持續(xù)運行電流施加激勵。經(jīng)仿真計算，異物環(huán)在電磁場作用下產(chǎn)生熱作用，溫升可高達 186℃，當(dāng)溫升達到 180℃時，可能導(dǎo)致電抗器包封損傷。
金屬異物電場仿真計算：在相近位置增加小型鐵制金屬塊模擬金屬尖端，按照對地電壓 72.5 kV 施加激勵且金屬塊設(shè)置懸浮電位。通過電場分析，金屬塊附近電抗器可能達到 39.5 kV/cm 的電場強度，超過空氣放電場強 30 kV/cm，可能因放電對產(chǎn)品造成損傷。
《2025-2030年全球及中國電抗器行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》綜合返廠試驗測試與解體檢查結(jié)果，電抗器各項性能指標正常，絕緣未出現(xiàn)損壞。經(jīng)過對損傷部位的詳細檢查，排除內(nèi)部絕緣損壞等自身因素。結(jié)合仿真分析可知，此次電抗器故障原因是懸浮金屬性異物在強磁場下發(fā)熱，進而損傷臨近玻璃鋼包封;同時，懸浮金屬性異物改變局部場強，致使局部場強畸變引發(fā)放電，進一步損傷臨近玻璃鋼包封。
此次故障暴露出電抗器運行和檢修過程中的潛在風(fēng)險。一方面，運行中存在小動物筑巢使金屬異物留存電抗器本體，從而引發(fā)發(fā)熱燒蝕的風(fēng)險;另一方面，安裝或停電檢修時遺留金屬異物也可能導(dǎo)致電抗器發(fā)熱燒損。為避免類似故障再次發(fā)生，制定以下針對性防范措施：
加強對干式電抗器風(fēng)道、防鳥網(wǎng)等部位的異物檢查工作，必要時進行停電清理，確保電抗器運行環(huán)境安全。
強化干式電抗器的紅外測溫和紫外檢測，積極試點安裝在線測溫裝置，實現(xiàn)對電抗器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。
在電抗器例行停電檢修時，除開展常規(guī)例行試驗外，同步進行專項排查及維護工作，清理風(fēng)道異物、修復(fù)破損防鳥網(wǎng)，消除安全隱患。
綜上所述，在2025年電抗器行業(yè)政策的引導(dǎo)下，深入研究特高壓換流站交流濾波器電抗器故障意義重大。通過對此次故障的全面分析可知，金屬異物是導(dǎo)致電抗器故障的關(guān)鍵因素。為保障電抗器安全穩(wěn)定運行，必須嚴格落實各項防范措施，加強運行巡視與檢修維護工作，借助先進監(jiān)測技術(shù)提前預(yù)警故障，避免事故發(fā)生，推動電抗器行業(yè)朝著更加安全、可靠的方向發(fā)展，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供堅實保障。
京公網(wǎng)安備 11010502031895號
