南方電網(wǎng)玉溪供電局 李達(dá) 楊紅偉 王庸道 馮程 史玉清

0 引言

近年來相關(guān)事故分析報(bào)告以及工作總結(jié)表明，引起干式空心電抗器事故的主要原因是匝間絕緣缺陷，占事故的90%以上，且匝間絕緣缺陷在沒有發(fā)展到一定程度時(shí)，現(xiàn)有的試驗(yàn)手段很難檢測(cè)出來[1]。

傳統(tǒng)的阻抗測(cè)量和紅外測(cè)溫等方法無法檢測(cè)出電抗器的早期絕緣缺陷[2]，導(dǎo)致有絕緣缺陷的電抗器長(zhǎng)器在電網(wǎng)中運(yùn)行，最終引起多起嚴(yán)重的電抗器燒毀事故。近年來國(guó)內(nèi)開始使用高壓高頻振蕩法在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)電抗器匝間絕緣故障。

1 現(xiàn)階段電抗器的使用現(xiàn)狀

由于電抗器長(zhǎng)期處于戶外嚴(yán)酷的運(yùn)行環(huán)境中，電抗器絕緣性能不可避免受到氣候因素影響。受到外部環(huán)境的影響，大氣中的粉塵將在電抗器的表面集聚，會(huì)出現(xiàn)不同程度的污物沉積，導(dǎo)致表面泄漏電流增大；同時(shí)由于電抗器表面噴涂的絕緣性材料出現(xiàn)粉化、脫落現(xiàn)象，在潮濕環(huán)境下，電抗器表面受到影響，其水分蒸發(fā)比較快，造成電抗器表面部分區(qū)域出現(xiàn)龜裂，引起電抗器的局部電阻改變，電流在該處形成局部的電弧，在時(shí)間的不斷推移下，電弧會(huì)不斷發(fā)生擴(kuò)大，產(chǎn)生拉應(yīng)力[3]。

目前，從國(guó)內(nèi)對(duì)干式空心電抗器的運(yùn)行情況表明，線圈的匝間絕緣下降誘發(fā)電抗器損壞事件比例很高，嚴(yán)重時(shí)直接造成電抗器燒毀，干式空心電抗器燒毀事故頻發(fā)，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，也帶來了較大的經(jīng)濟(jì)損失[4]。所以，在各個(gè)環(huán)節(jié)都需要加強(qiáng)重視，不斷提升電抗器的制造質(zhì)量，還要提高其管控水平，做好電抗器的運(yùn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)電抗器的有效發(fā)展。

2 檢（監(jiān)）測(cè)手段

針對(duì)電抗器自身缺陷，提出的主要檢測(cè)方法有：外觀檢查、在線監(jiān)測(cè)、離線檢測(cè)等。通過這些檢測(cè)手段了解電抗器健康狀態(tài)。

2.1 在線檢測(cè)

干式空心電抗器故障多數(shù)源于繞組包封內(nèi)部發(fā)生局部放電，導(dǎo)致繞組匝間短路甚至貫穿式放電，最終將干式空心電抗器燒毀。運(yùn)用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電抗器每一層包封的分布電流數(shù)據(jù)，用無線發(fā)包方式將數(shù)據(jù)回傳入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)果顯示該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測(cè)得分布電流值，為干式空心電抗器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供重要的理論依據(jù)和設(shè)備支持[4]。

目前對(duì)在線監(jiān)測(cè)研究主要是通過加裝傳感器等方法或?qū)υO(shè)備進(jìn)行改造等來測(cè)量電抗器溫度的變化，但受到環(huán)境等因素影響，該類方法并未普及。

2.2 離線檢測(cè)

離線檢測(cè)法大多應(yīng)用于電抗器已發(fā)生損壞，探究電抗器故障的原因。常用檢測(cè)手段測(cè)量電抗器匝間故障時(shí)主要是對(duì)阻抗值進(jìn)行測(cè)量，而電抗器在發(fā)生故障前或剛發(fā)生故障時(shí)，阻抗值變化并不明顯，不能有力地預(yù)防匝間絕緣事故。

3 高頻脈沖振蕩法匝間絕緣檢測(cè)

3.1 高頻脈沖法的原理

從整體上分析，在對(duì)大容量干式空心電抗器進(jìn)行匝間絕緣試驗(yàn)的時(shí)候需要施加高頻電壓，這樣可以通過分析電抗器電感量變化的情況對(duì)是否存在缺陷加以了解，其中利用高頻脈沖振蕩法測(cè)量電抗器匝間絕緣的電路原理圖見圖1。

圖1 電路原理圖

在對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)的時(shí)候需要了解電抗器的電壓數(shù)值，并且對(duì)示波器的波形進(jìn)行觀察與分析，調(diào)整調(diào)壓器輸出電壓的球隙，嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)施加電壓，從而獲得較為準(zhǔn)確的示波器的波形。

另外在對(duì)上述兩個(gè)波形的振蕩周期進(jìn)行分析的時(shí)候得知，如果出現(xiàn)匝間短路，那么其震蕩周期與頻率是不同的，期間存在明顯的差異，還有便是加壓時(shí)間超過 1min 之后，放電次數(shù)更加頻繁，所以電抗器能源要比雷電沖擊試驗(yàn)的能力更大。

在一個(gè)工頻周期內(nèi)，電容Cc先由整流電源充電。當(dāng)被充電至試驗(yàn)電壓值時(shí)，可控放電球隙S放電，電容Cc與被試線圈L形成阻尼振蕩[5-7]。振蕩放電電壓衰減到足夠小時(shí)電弧熄滅，下一工頻周期重復(fù)以上過程。每周期完成1次充放電，1分鐘完成3000次放電，工頻電壓波形和主電容Cc上的電壓波形如圖2所示。

圖2 工頻電壓波形與電容C上的電壓波形

3.2 高頻脈沖測(cè)試技術(shù)

在L與C阻尼振蕩過程中，如果電抗器有匝間絕緣缺陷現(xiàn)象，則由于電抗器線圈匝數(shù)隨之變化，導(dǎo)致整個(gè)電抗器的電感量變化，反映出整個(gè)振蕩電路的振蕩頻率也隨之變化；而電抗器短路匝內(nèi)的環(huán)流將造成電抗器的損耗增加，使整個(gè)振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。因此，通過比較電抗器在額定電壓下兩端的電壓波形變化趨勢(shì)，可以判斷出電抗器線圈是否存在匝間絕緣缺陷。

3.3 高頻脈沖振蕩法試驗(yàn)方法

3.3.1 試驗(yàn)裝置

在本次試驗(yàn)中為進(jìn)一步提高試驗(yàn)效果主要采取了當(dāng)前無觸點(diǎn)高壓電子開關(guān)，并利用這一裝置代替普通的放電球隙，對(duì)于數(shù)據(jù)采集則是利用工業(yè)平板電腦所替代，進(jìn)而檢測(cè)出空心電抗器匝間絕緣的缺陷[8]，采用的電抗器匝間絕緣檢測(cè)設(shè)備能夠滿足GB1094.6要求。同時(shí)，還可完成相應(yīng)基于振蕩波檢測(cè)技術(shù)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)干式空心電抗器開展現(xiàn)場(chǎng)匝間絕緣試驗(yàn)具有重要意義。其中該試驗(yàn)裝置的原理圖見圖3。

圖3 裝置原理圖

3.3.2 試驗(yàn)結(jié)果判定

在進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果判定的時(shí)候，其試驗(yàn)程序需要在電抗器兩端施加不高于 20%的試驗(yàn)電壓作為主要的標(biāo)定電壓，并及時(shí)對(duì)電壓波形進(jìn)行記錄，然后施加全電壓，其中需要了解到的一點(diǎn)是在本次試驗(yàn)中需要包含3000個(gè)要求幅值的過電壓，其時(shí)間要持續(xù)1min，并且在整個(gè)試驗(yàn)過程中需要對(duì)電壓波形加以記錄，采取的公式為：

4 結(jié)語(yǔ)

在本次研究中對(duì)干式空心電抗器短路故障問題展開了分析與研究，并且應(yīng)用了高頻脈沖振蕩法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)可以了解匝間絕緣所存在的缺陷。根據(jù)電力系統(tǒng)電抗器匝間絕緣檢測(cè)的要求，本文研究了基于高頻脈沖振蕩法的電抗器匝間絕緣檢測(cè)方法，并對(duì)電力原理圖進(jìn)行了理論分析。利用高頻脈沖振蕩法對(duì)于干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)具有重復(fù)次數(shù)多，能量密度大，易于分辨匝間短路故障的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)流程，且提高了工作效率，對(duì)于電抗器匝間絕緣現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量具有重要意義。