李蘇雅

（國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院，天津 300384）

真空斷路器切合過程中產(chǎn)生的大量操作過電壓、工頻過電壓，將對系統(tǒng)安全運(yùn)行產(chǎn)生一定消極影響。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，過電壓問題以及過電壓防治措施越來越受到人們的重視。阻容吸收器能夠有效吸收過電壓、抑制諧振，目前已得到廣泛應(yīng)用。但各個廠家阻容吸收器工藝、質(zhì)量水平參差不齊，近年來阻容吸收器各種故障頻繁出現(xiàn)。以下就一起220 k V阻容吸收器群裂故障進(jìn)行試驗(yàn)解體，分析群裂故障原因，并針對該類故障給出相應(yīng)解決措施和建議［1］。

1 故障概況

2013年9月，某220 k V變電站運(yùn)行人員在巡視過程中發(fā)現(xiàn)該變電站18臺在裝阻容吸收器的電容器中有10臺出現(xiàn)不同程度的瓷套開裂、漏油現(xiàn)象，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)問題后及時將故障設(shè)備切除。

該變電站運(yùn)行3組220 k V三繞組單相主變壓器，每組容量均為150 MVA。主變壓器有3個電壓等級，其中220 k V系統(tǒng)采用3／2斷路器接線方式、每臺變壓器帶有一段35 k V母線，3臺主變壓器的35 k V母線側(cè)分別接有一組干式空芯并聯(lián)電抗器，每組35 k V并聯(lián)電抗器容量為400 k VA。每臺并聯(lián)電抗器前所用的斷路器均為真空斷路器，每臺并聯(lián)電抗器前分別并聯(lián)1臺阻容吸收器［2］。

2 故障原因查找

2.1 現(xiàn)場檢查

該變電站所用阻容吸收器額定電壓為35 k V，額定電容容量為0.6μF，電阻值為40Ω，設(shè)備型號LG35－0.6／40－1。該阻容吸收器由2臺0.3μF電容器并聯(lián)后與1臺40Ω電阻箱串聯(lián)而成，于2012年1月出廠，2012年7月投入運(yùn)行。

經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)：該變電站有10臺阻容吸收器電容器部分出現(xiàn)不同程度瓷套開裂和漏油現(xiàn)象，1號電容器開裂最嚴(yán)重，如圖1所示，從瓷套頂端到瓷套底端全部裂開，瓷套底部還有小塊瓷套裂掉的缺口，裂縫周圍有大量油漬。阻容吸收器電阻箱部分未發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象。

圖1 1號電容器故障現(xiàn)象

2.2 診斷試驗(yàn)

為了詳細(xì)分析阻容吸收器中電容器部分開裂的原因，同時對1臺開裂電容器和1臺未開裂電容器進(jìn)行了多項(xiàng)試驗(yàn)，2臺設(shè)備的局部放電、電容量、介質(zhì)損耗測量等試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

2.2.1 著色滲透探傷法

為了觀察到設(shè)備表面隱藏的小裂紋，在清洗完2臺設(shè)備表面污垢后，首先用著色滲透探傷技術(shù)分別對2臺設(shè)備表面進(jìn)行著色噴涂，發(fā)現(xiàn)原開裂設(shè)備從設(shè)備3／4處至底端有1條不規(guī)則的明顯裂紋，表面有少量氣孔；原未開裂設(shè)備除在表面發(fā)現(xiàn)少量氣孔外未發(fā)現(xiàn)裂紋。

2.2.2 局部放電測量及紫外儀觀察

采用專用局部放電試驗(yàn)設(shè)備，分別對有裂痕和無裂痕2臺電容器進(jìn)行局部放電測量，檢查設(shè)備絕緣性能。加電壓至20 k V后，記錄下試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1。根據(jù)訂貨技術(shù)協(xié)議規(guī)定，阻容吸收器電容器的局部放電量不大于50 pC，因此，試驗(yàn)結(jié)果合格。另外，加電壓至25 k V后利用紫外電暈成像儀檢測設(shè)備表面，未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象。

表1 局部放電試驗(yàn)數(shù)據(jù)及紫外電暈成像儀檢測結(jié)果

2.2.3 介質(zhì)損耗正切值tanδ和電容值的測量

分別對有裂痕和無裂痕2臺電容器進(jìn)行介質(zhì)損耗正切值tanδ測量、電容值測量，測量結(jié)果如表2所示。介質(zhì)損耗正切值與出廠值比較無明顯變化。試驗(yàn)電容值滿足狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程中單臺電容器電容量與額定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差在－5%～10%之間，且初值差小于±5%的規(guī)定。

表2 介質(zhì)損耗正切值tanδ、電容值

2.3 故障電容器解體檢查

為進(jìn)一步確認(rèn)這次站內(nèi)電容器群裂、漏油的故障原因，對其中一臺開裂電容器進(jìn)行解體分析。在對開裂電容器解體分析過程中發(fā)現(xiàn)如下問題。

a.解體外瓷套后發(fā)現(xiàn)電容器二層澆鑄表面出現(xiàn)2個較大氣孔、少量小氣孔和部分環(huán)氧樹脂脫落現(xiàn)象，如圖2所示。

b.第2層環(huán)氧樹脂澆鑄薄厚不均勻，薄弱層約0.1 cm，較厚層約0.5～0.6 cm。

圖2 二層澆鑄表面

c.設(shè)備內(nèi)部6個電容器組層的連接線用絕緣膠帶封接后未完全密封在環(huán)氧樹脂中，第2層澆鑄表面上可以清晰看到連接線的黑色絕緣膠帶，由于連接導(dǎo)線被封在澆鑄表面的原因，在二層澆鑄面連接線附近都有較大氣孔，如圖3所示。

圖3 二層澆鑄表面裸露連接線絕緣膠帶和附近氣孔

d.瓷套表面開裂處有漏油現(xiàn)象，瓷套和第2層澆鑄面，電容器組層與層之間、2層澆鑄面均呈現(xiàn)明顯油漬。

3 故障原因分析

根據(jù)該變電站基本情況、現(xiàn)場檢查情況、各項(xiàng)診斷試驗(yàn)、解剖情況等，對阻容吸收器中電容器部分群裂故障的原因進(jìn)行深入分析。

3.1 工藝方面

產(chǎn)品制造工藝存在缺陷，澆鑄的環(huán)氧樹脂表面及內(nèi)部存在大量氣孔。一層環(huán)氧樹脂澆鑄完成后放入瓷套中進(jìn)行二次澆鑄時，一層澆鑄品位置歪斜、未處在瓷套正中間，導(dǎo)致二層環(huán)氧樹脂澆鑄薄厚不均勻；電容器組層的連接導(dǎo)線未完全澆鑄在環(huán)氧樹脂中，大部分裸露在二層澆鑄表面，裸露導(dǎo)線周圍存在較大氣孔，導(dǎo)致電容器絕緣強(qiáng)度降低；由于澆鑄工藝缺陷，環(huán)氧樹脂內(nèi)部、表面有大量空隙，當(dāng)瓷套由于某些原因開裂后，一層澆鑄內(nèi)部電容器的表面油漬就有浸出瓷套。

雖然局部放電、紫外電暈成像、介質(zhì)損耗、電容值測量的試驗(yàn)結(jié)果合格，但這些阻容吸收器存在的工藝缺陷是不容忽視的。當(dāng)設(shè)備長期運(yùn)行發(fā)熱、外瓷套開裂或電網(wǎng)有較大波動時，這些隱藏缺陷很可能造成較大的設(shè)備故障，危害電網(wǎng)和人身安全［3－5］。

3.2 材質(zhì)方面

通過解剖發(fā)現(xiàn)，除表面瓷套有明顯裂紋外，內(nèi)部環(huán)氧樹脂澆鑄體并未發(fā)現(xiàn)有開裂現(xiàn)象，說明在同樣的溫度、濕度、電壓、電流、頻率等運(yùn)行條件下，環(huán)氧樹脂澆鑄體比瓷套有更強(qiáng)的韌性。一層澆鑄體是放入瓷套中注入環(huán)氧樹脂后，經(jīng)過加熱凝膠固化進(jìn)行二次澆鑄而成。由于環(huán)氧樹脂和瓷套屬于2種不同的材質(zhì)，二者的熱膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)品在投入和退出運(yùn)行中，由于溫度變化就會產(chǎn)生應(yīng)力即內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的大小可按材料力學(xué)基本公式（應(yīng)力＝變形×模量）進(jìn)行計(jì)算和分析：

式中：σ內(nèi)為內(nèi)應(yīng)力；ΔLs為樹脂收縮、膨脹時變形量；ΔLα為樹脂和瓷套膨脹系數(shù)之間的差異產(chǎn)生的變形量；αr為樹脂固化物熱膨脹系數(shù)；αm瓷套熱膨脹系數(shù)；Δt為溫度差；Er為樹脂彈性模量。

環(huán)氧樹脂熱膨脹系數(shù)平均為65×10－6m／℃，瓷材料的熱膨脹系數(shù)平均為3×10－6m／℃，二者相差一個數(shù)量級，二者之間存在較大內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)阻容吸收器遭遇冷熱巨變、強(qiáng)電流沖擊或者外力作用時，瓷套就很容易裂開。所以造成阻容吸收器瓷套開裂的主要原因是由于環(huán)氧樹脂和瓷套兩者膨脹系數(shù)相差較大造成的內(nèi)應(yīng)力［6－7］。

4 處理措施及建議

針對此次阻容吸收器群裂、漏油問題，建議采用以下措施，及時發(fā)現(xiàn)問題，避免類似故障再次發(fā)生。

a.由于環(huán)氧樹脂和瓷套兩者膨脹系數(shù)相差較大造成的內(nèi)應(yīng)力是本次阻容吸收器開裂的主要原因，建議廠家在改進(jìn)澆鑄工藝和抽真空工藝的同時，改良外瓷套材質(zhì)，如不采用外瓷套二次澆鑄，而采取全環(huán)氧樹脂澆鑄技術(shù)，或者采用金屬外殼油浸式電容器替代外瓷套式電容器，這樣就不存在環(huán)氧樹脂和外瓷套之間應(yīng)力問題，預(yù)防阻容吸收器開裂故障。

b.阻容吸收器中電容器澆鑄工藝、抽真空工藝等工藝缺陷是設(shè)備內(nèi)部油漬滲漏出表面的重要原因，而這些工藝缺陷帶來的絕緣隱患也是不容忽視的，所以阻容吸收器制造工藝的提高也是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低運(yùn)行故障的必然途徑。

c.如果發(fā)現(xiàn)阻容吸收器存在上述故障，可對變電站內(nèi)基建情況進(jìn)行分析，條件允許的情況下，可進(jìn)行設(shè)備改造。例如，將并聯(lián)電抗器前真空開關(guān)改造為六氟化硫開關(guān)或使用其他類型電容器取代瓷套澆鑄式電容器，從根本上降低設(shè)備故障率，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

d.目前必須加強(qiáng)相同工藝產(chǎn)品的日常巡查、監(jiān)測，重點(diǎn)檢查阻容吸收器外瓷套是否有開裂、漏油現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)類似問題，及時解決?，F(xiàn)場對于阻容吸收器的運(yùn)行監(jiān)測缺乏有效的手段，只能靠運(yùn)行人員在日常巡查、監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)問題。常規(guī)監(jiān)測（如，紅外熱成像和紫外線放電在線測試和診斷等）很難在第一時間發(fā)現(xiàn)阻容吸收器故障問題。因此，應(yīng)探索通過其他監(jiān)測手段，有效監(jiān)測阻容吸收器的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)開裂、漏油等故障，以避免其故障對電網(wǎng)和人員造成更大的危害［8］。

5 結(jié)束語

阻容吸收器作為一種能有效限制過電壓幅值和頻率的保護(hù)措施，在很大程度上降低了過電壓對設(shè)備絕緣的危害，但阻容吸收器本身的設(shè)計(jì)、制造工藝、材質(zhì)等缺陷引起的質(zhì)量問題在投入運(yùn)行后極容易產(chǎn)生各種故障，給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定威脅，所以廠家改良設(shè)計(jì)、提高制造工藝迫在眉睫。在條件允許的情況下，也可進(jìn)行設(shè)備改造，如對阻容吸收器電容器部分進(jìn)行改造、對真空斷路器進(jìn)行改造，也能有效降低阻容吸收器故障率，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

［1］ 解廣潤.過電壓及保護(hù)［M］.北京：電力工業(yè)出版社，1980.

［2］ 平紹勛.電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓保護(hù)及實(shí)例分析［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［3］ 魏顯安.使用Rc過電壓保護(hù)裝置的分析［J］.高壓電器，1996（2）：52－53.

［4］ 錢之銀，楊凌輝，朱峰等.并聯(lián)干式電抗器故障原因分析［J］.華東電，2000（12）：10－13.

［5］ 李勝川，崔文軍，于在明等.500 k V變電站干式并聯(lián)電抗器故障分析與建議［J］.變壓器，2010，47（10）：69－73.

［6］ 順特電氣有限公司.樹脂澆注干式變壓器和電抗器［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［7］ 陳 平.環(huán)氧樹脂［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

［8］ 周澤存.高電壓技術(shù)第二版［M］.北京：中國電力出版社，2004.