楊 婧，黃智剛

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

隨著近幾年電力飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的電能質量越來越受到廣泛重視。電抗器是變電站常用的電力系統(tǒng)元件，也是重要的基礎元件。電力系統(tǒng)中所采取的電抗器常見的有串聯電抗器和并聯電抗器。串聯電抗器主要作用是限制短路電流，還可以在濾波器中與電容器一起使用，用串聯或者并聯方式限制電網中的高次諧波。

筆者作為設備管理者，負責一起220 kV 某變電站主變串聯電抗器發(fā)熱問題分析，通過對串聯電抗器運行情況進行研究，查找串聯電抗器運行溫度過高的可能原因。這對于運行變電站電抗器溫升過高問題的研究與分析有很好參考意義，同時提出了防止溫升過高的相關的建議及措施，大大提高了電抗器運行安全穩(wěn)定性。

1 設備故障狀況

2018 年6 月27 日，運行人員對設備進行紅外測溫時發(fā)現#2 主變10 kV 側電抗器嚴重發(fā)熱，發(fā)熱位置是電抗器本體與母排連接處，#2 主變10 kV 側B 相電抗器溫度133 ℃，A 相電抗器溫度148 ℃，當時負荷電流為2 622 A（電抗器額定電流是4 000 A)，環(huán)境溫度 30 ℃；當負荷電流在3 120 A 時，#2 主變10 kV 側電抗器本體的連接排接近150 ℃；后續(xù)經過負荷調整，設備溫度有所下降，具體測溫圖片及結果如圖1 和表1 所示。

圖1 #2 變低電抗器測溫圖片（負荷電流2 622 A）

綜合分析可知，#2 主變串聯電抗器發(fā)熱嚴重，并且有不斷惡化趨勢。根據規(guī)程標準DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》[1]（見表2）中的“電器設備與金屬部件的連接”熱點溫度＞110 ℃或δ ≥95%，#2 主變串聯電抗器發(fā)熱判斷為緊急缺陷。

經現場檢查，#2 主變串聯電抗器是干式空心串聯電抗器，依據網公司技術標準，電抗器不滿足日常運行技術要求。根據南方電網設備標準技術規(guī)范書 《10 kV 干式空心串聯電抗器》規(guī)定[2]，空心串聯電抗 器運行溫升要求：平均溫升為95 K；熱點溫升為100 K。

2 原因分析

現場檢查，目前電抗器發(fā)熱位置是電抗器本體與母排連接處，此位置2016 年、2017 年均有對其搭接面進行拆卸維護，按照測溫圖片顯示，處理效果不佳。依據現場測溫圖片分析，三相電抗器本體溫度更亮更刺眼（見圖2），電抗器本體也嚴重發(fā)熱，三相電抗器共用一個室，室內溫度在30 ℃，依據熱傳遞原理，電抗器本體散熱不佳時，會釋放大量熱分子，導致整個電抗器器室高溫。綜合這些檢查情況，電抗器發(fā)熱問題主要集中在電抗器本體和接線掌。

表1 負荷電流調整后測溫結果

表2 DL/T 664—2008 帶電設備紅外診斷應用規(guī)范

圖2 電抗器本體發(fā)熱

電抗器是干式空心串聯電抗器，主要是繞組、金屬結構件及支柱絕緣子組成一個整體。繞組是采用聚酯薄膜絕緣的許多并聯小截面鋁導線繞制而成，在繞組外部用浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃纖維纏繞嚴密包封，并經高溫固化，在繞組內部沒有電氣接頭，所有接頭全部焊接到特殊的星形鋁接線板上[3]；現場采用是機械強度高的鋁質星形接線架金屬構件；現場安裝方式三相垂直，一字形排布三相，采用支柱絕緣子固定；空心電抗器的整個內外表面上都涂有抗紫外線防老化的特殊防護層，其附著力強（見圖3）。

圖3 電抗器表面防護漆

根據電抗器結構特點和運行狀況分析，電抗器嚴重發(fā)熱與負荷、散熱、渦流及維護等因素密不可分。本文將對每個因素進行詳細分析，查找故障主要原因、次要原因。

2.1 電抗器過負荷

該站地處東莞市長安鎮(zhèn)中心，附近工業(yè)發(fā)達，主變變低運行負荷大，易導致電抗器過負荷運載。當負荷電流逼近其額定值時，會引起設備過流薄弱處嚴重發(fā)熱，發(fā)熱處的材料會發(fā)生變劣化、氧化等物理或化學反應。經過檢查，電抗器負荷來源于主變10 kV 輸出負荷，統(tǒng)計2018 年迎峰度夏期間主變負荷變化情況，主變串聯電抗器并沒有大于額定電流3 000 A，所以電抗器過負荷不是主要原因，如表3 所示。

表3 該站電抗器負載表

2.2 電抗器散熱不佳

該電抗器為全室內設計，電抗器在一個空間很狹窄的小室里，空氣對流不暢，影響電抗器的散熱性能。檢查繞組表面有大量灰塵和顆粒物，繞組散熱氣道明顯堵塞。經過檢查可知，電抗器散熱不佳和室內環(huán)境、繞組散熱通道堵塞有密切關系，導致電抗器不能及時散熱，造成其溫升過高，這是一個主要原因。

2.3 電抗器渦流和環(huán)流作用

電抗器星臂和連接環(huán)在線圈周圍空間存在較強的交變磁場，星臂和連接環(huán)處于強磁場中，會產生較大的渦流，從而使得星臂和連接環(huán)溫度會升高；星臂中心是匯流排連接環(huán)，除渦流損耗外，還有環(huán)流損耗。當電抗器散熱不佳時，電抗器渦流和環(huán)流損耗會釋放大量熱量，加速其溫升過高，這也是一個主要原因。

2.4 停電維護不到位

查閱過往的電抗器維護記錄發(fā)現，2016 年、2017年均有對其搭接面進行拆卸維護，對電抗器本體其他沒有維護。從現場檢查可知，電抗器繞組表面有大量灰塵和顆粒物，日常維護工作不到位，造成電抗器表面散熱氣道堵塞，這也是一個主要原因。

2.5 長期高溫條件下，設備絕緣性能惡化

現場檢查電抗器特殊防護層已經明顯劣化，繞組有明顯的防護漆脫落。這臺電抗器運行20 多年，始終處于高溫狀態(tài)運行。經過2018 年6-8 月份觀察，電抗器平均溫度100 ℃左右。因為電抗器主要材料是金屬材料和絕緣材料，在高溫條件下，金屬材料影響不大，而絕緣材料的機械性能和絕緣性能下降很快，在不斷惡性循環(huán)下，絕緣材料使用壽命有很大影響，所以高溫對電抗器使用壽命有很大影響，這也是其發(fā)熱一個主要原因。綜合分析可知，電抗器發(fā)熱原因主要有如下4 點。（1）電抗器散熱不佳，電抗器室內設計不合理，以及電抗器氣道堵塞。

（2）電抗器本體渦流發(fā)熱和環(huán)流發(fā)熱，電抗器在設計和工藝上存在問題

（3）電抗器運行停電維護不到位，散熱通道存在堵塞物沒有及時清除。

（4）電抗器運行年限長，長期在高溫條件下絕緣性能惡化。

3 處理和措施

3.1 加快老化設備技術改造更新

此類電抗器設備運行年限長，絕緣性能退化嚴重。而在保有量設備檢修維護方面，相應廠家不少面臨經技術支持不足、備件供應困難等局面，造成檢修效果欠佳。因此，從根本上應加快該類設備的更新改造，提高設備使用壽命。

3.2 在電抗器室采取一些必要的降溫措施

為改善電抗器室的運行環(huán)境，在電抗器室內配置空調、風機等?，F場運行人員加強設備巡視和測溫，一旦出現異常情況溫升或溫度過高，采取此類降溫措施，可以大大降低室內溫升，保護設備絕緣性能。

在現有條件下，更換電抗器柜體板門結構為網狀結構，加強通風，使電抗器室內空氣對流。

3.3 電抗器本體停電維護到位

空心電抗器停電檢修維護時，應加強電抗器散熱通道灰塵清潔處理，清除異物，特別是采用多層繞組并聯筒形結構各包封之間通風氣道清潔干凈，以確保電抗器氣道通暢，氣體對流，減少電抗器發(fā)熱風險。

3.4 處理電抗器渦流發(fā)熱和環(huán)流發(fā)熱措施

電抗器本體連接環(huán)斷口，連接環(huán)斷開后能避免形成環(huán)流，從而降低環(huán)流損耗，進而降低溫升，具體處理措施如下。

首先，將切割位置周圍鋪一層塑料膜，防止鋁粉濺落到電抗器本體上。

其次，用鋼鋸將連接環(huán)從上到下做一切口，缺口寬度2 ～3 mm，具體如圖4 所示，使連接環(huán)由之前閉環(huán)改為開環(huán)，從而有效降低連接環(huán)運行的溫度。

圖4 連接環(huán)開口

再次，切割完成后使用砂紙對切口位置進行打磨清潔，去除毛刺，使得切口表面光滑。

從次，在切口處填充浸膠的環(huán)氧板，膠液固化后和連接環(huán)形成一個整體。

最后，縫隙處飽滿填充絕緣鋼化環(huán)氧膩子和層壓板，外側包覆玻璃鋼層，填充和包料屈服強度不小于120 MPa，和臂環(huán)鋁合金材料屈服強度一致，處理后的開槽覆材臂環(huán)產品和未理后的臂環(huán)產品結構強度一致，然后表面噴涂與本體顏色一致油漆。

將硅鋼片疊片安裝在連接環(huán)附近的星臂上，每星臂兩側各有一個，將穿過連接環(huán)磁場導出，對連接環(huán)形成屏蔽（見圖5），從而降低渦流損耗，進而降低電抗器溫升，具體處理措施如下。

圖5 加裝硅鋼片磁場分部

首先，硅鋼片（厚度15 mm）疊片先經過環(huán)氧樹脂繞注，疊片整體在包裹玻璃纖維帶以形成統(tǒng)一的 整體。

其次，采用絕緣栓將星臂的兩側的繞注的硅鋼片疊片固定在星臂上，上下端部分別用絕緣栓緊固，增加可靠性，可保證長期安全運行（見圖6）。

圖6 硅鋼片屏蔽裝置

采用美國進口絕緣螺栓，玻璃鋼材質，拉伸強 度≥14.5 kN，圖7 是幾種螺栓對比圖。

圖7 絕緣螺栓

采用美國進口絕緣螺栓強度完全符合要求，在其他站已有運用，緊固良好，現場應定期對絕緣螺栓進行排查，防止出現松動。

4 試驗測量

（1）對電抗器連接環(huán)斷口，加裝硅鋼片屏蔽裝置前后進行電感值測量，前后數據有明顯變化，如表4所示。

表4 電抗器加裝硅鋼片前后電感值表

加裝導磁裝置后，由于磁場分布產生了變化，因此電抗器電感值略微增加1.3%，較額定值的偏差為3.6%，滿足電抗器標準和規(guī)范要求。

（2）加裝改進的屏蔽裝置后，按照試驗方法進行試驗，施加電流4 000 A，環(huán)境溫度34 ℃，電抗器試驗結果如表5 所示。

表5 電抗器試驗結果

綜合分析溫升情況，電抗器連接環(huán)斷開后，以及加裝硅鋼片屏蔽層，電抗器本體溫升明顯降低，2 600 A 時連接環(huán)溫升46K，4 000 A 時連接環(huán)最終溫升86K，效果明顯，滿足技術規(guī)范要求。對電抗器試驗結果數據匯總可知，電抗器本體溫度隨著電流遞增，電流和溫度成對應關系，形成良好曲線圖，沒有明顯突變，試驗效果良好，如圖8 所示。

圖8 電抗器本體溫度隨電流變化

5 結 論

鑒于本次改造實例，以后設備運行維護和新建變電站可以重點考慮這幾方面因素，把故障隱患控制在萌芽狀態(tài)，提高電網運行穩(wěn)定性。本文為今后新建變電站選擇主變串聯電抗器提供了明確指導方向。