蘇基潭

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東湛江 524000）

引言

SVC 靜態(tài)無功補償裝置，用于補償抑制因電弧爐、軋鋼機等沖擊性負荷生產(chǎn)中帶來的電壓波動、閃變以及三相不平衡、諧波等影響，而干式空心電抗器作為SVC 重要的設(shè)備之一，主要起補償雜散容性電流，限制合閘涌流，限制短路電流、濾波、阻波等作用。

1 故障情況

2020 年9 月11 日23:44，某變電所1#SVC 裝置二次濾波支路A 相電抗器故障起火，23:50 斷開1#SVC裝置開關(guān)，及時控制火情，避免故障擴大?，F(xiàn)場檢查1# SVC 裝置二次濾波支路A 相電抗器上線圈的下端面和下線圈的上表面均有煙熏痕跡，下線圈的上端面一個扇區(qū)明顯過火受損嚴重，對應(yīng)的風(fēng)道受損，而其余外部連接件未發(fā)現(xiàn)異常。參見圖1、圖2。

圖1 電抗器外觀

圖2 包封受損

2 原因分析

2.1 電抗器基本信息

電抗器型號LKGKL-33-88.51-290，出廠時間2015 年，2020 年4 月10 日預(yù)防性試驗結(jié)果正常，實測值誤差率小于±5%，相間不平衡值小于2%。見表1。

表1 2020年4月電抗器預(yù)防試驗結(jié)果

2.2 現(xiàn)場設(shè)備故障情況

檢查1# SVC 二次濾波故障回路除A 相電抗器燒損外，其它電抗器、電容器、電阻器等主體設(shè)備未發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱及放電痕跡；A 相電抗器燒損點在線圈包封部位，除包封內(nèi)有明顯燒損外，未發(fā)現(xiàn)對地和對其它相放電痕跡；對二次濾波回路電抗器試驗，其B 相、C 相電感值良好，故障A 相電感量比額定值減少50%。

2.3 綜保情況分析

調(diào)取相關(guān)設(shè)備保護啟動波形，1#SVC 裝置在故障前各支路電流電壓值均在額定值范圍內(nèi)，整個系統(tǒng)運行正常，電流、電壓無異常波動，無異常故障報警信息。

電抗器配置的保護主要有速斷電流保護、過電流保護、不平衡電流保護、過電壓保護、欠電壓保護、接地保護。保護動作情況如下：

（1）電抗器A匝間短路時，由于匝間短路電流變化小，過電流保護和速斷保護均未起動。

（2）電抗器相匝間短路時，不平衡電壓保護不動作，原因是電抗器匝間短路TV 不能反映不平衡電壓，因為不平衡電壓是取電容器的三相不平衡電壓，而電容器并沒有損壞，電壓是對稱的。

（3）電抗器匝間短路，不平衡電流保護不動作，主要由于不平衡電流很小。

（4）電抗器匝間短路時，未造成母線系統(tǒng)電壓下降，故低電壓保護不動。

（5）電抗器匝間短路時，未造成單相接地或相間短路，故零序過流保護和過電流保護未動作。

結(jié)合現(xiàn)場檢查情況及故障現(xiàn)象，初步判斷是電抗器發(fā)生包封內(nèi)線圈匝間短路，引起線匝絕緣材料及導(dǎo)線在高溫下熔損、起火。

2.4 解體故障電抗器

為進一步分析故障原因，現(xiàn)場對故障電抗器從外而內(nèi)逐層解體檢查分析，情況如下：

（1）空心電抗器結(jié)構(gòu)從內(nèi)而外共有7道包封層，每層包封內(nèi)外表面未發(fā)現(xiàn)明顯積灰和異物，排除絕緣受污穢或異常掉落、鳥類筑巢而引起放電的可能性。

（2）電抗器每個繞包外絕緣厚度均在5 mm 以上，且外絕緣整體較均勻，內(nèi)部導(dǎo)線排列緊密，導(dǎo)線縫隙膠液填充均勻，未發(fā)現(xiàn)其它部位外絕緣存在明顯生產(chǎn)制造缺陷。

（3）導(dǎo)線絕緣情況。故障位置附近導(dǎo)線絕緣狀態(tài)良好，裸導(dǎo)線外包裹3 層絕緣膜，且包扎緊密，絕緣膜剝離后，通過撕扯方式對絕緣膜進行機械強度檢查，絕緣膜經(jīng)過5 年運行仍然具有較強的機械強度，未發(fā)現(xiàn)絕緣膜絕緣老化情況。

（4）故障包封層及線圈情況。通過對電抗器的逐層解剖觀察與分析，電抗器第6繞包層燒損嚴重，為故障源頭。解體后繞組中部可見明顯內(nèi)部匝間短路擊穿孔洞，部分導(dǎo)線和絕緣材料從內(nèi)部熔融而向外膨脹，故此次設(shè)備故障原因可確定為導(dǎo)線內(nèi)部匝間短路故障。且放電部位長度約30 cm，從線圈燒損最嚴重處呈斜右下排布，疑似剮蹭現(xiàn)象。參見圖3。

圖3 第6繞包層疑似剮蹭痕跡

綜上所述，此次電抗器故障原因確定為生產(chǎn)制造過程中，電抗器次外層（第6 層）包封層主絕緣受到損傷，在長時間運行中線圈絕緣被擊穿，發(fā)生匝間短路的故障。

3 處理措施

（1）對1#SVC 裝置其它同批次電抗器檢測合格，確保其它電抗器滿足安全穩(wěn)定運行條件。備件電抗器于9月21日完成安裝，試驗合格，恢復(fù)送電。

（2）恢復(fù)故障前新增1#、2# SVC 裝置相互切換電纜，1#、2#LF 爐故障時SVC 系統(tǒng)具備互相切換功能，制定了應(yīng)急處置預(yù)案，保證兩套LF爐均可運行。

（3）設(shè)備制造廠家對產(chǎn)品生產(chǎn)制造全過程復(fù)盤檢查未發(fā)現(xiàn)異常，同類型5 449 臺電抗器使用中未發(fā)生產(chǎn)品匝間絕緣故障，定性本次故障為個例，排除了產(chǎn)品出現(xiàn)批次問題的可能。

4 電抗器常見故障類型

干式空心電抗器屬不需經(jīng)常維護設(shè)備，加之受檢測手段限制，常規(guī)的檢修、試驗中一般無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，所以在日常維護上未引起專業(yè)人員足夠的重視。隨著干式空心電抗器運行數(shù)量的逐年增多及運行年限的增長，由于缺乏適當?shù)木S護保養(yǎng)致使干抗在運行期間故障，給設(shè)備安全運行帶來了隱患?？招碾娍蛊鳜F(xiàn)場運行多出現(xiàn)如下問題：

（1）制造工藝不良。導(dǎo)線焊接口缺陷、毛刺等造成匝間短路故障；電抗器導(dǎo)線斷線引起電抗器直流電阻以及電抗的變化，最終引起三相電流不平衡，斷線越多，偏差將會越大。在電抗器長期運行過程中，容易引起局部溫升過高，絕緣劣化速度加劇，引發(fā)事故。

（2）包封內(nèi)的導(dǎo)線外絕緣失效。聚酯薄膜作為導(dǎo)線間的匝間絕緣，制造過程中某根導(dǎo)線的聚酯薄膜過多，或有絕緣氣泡、被劃傷。當設(shè)備投運時，電抗器會承受合閘涌流和投切過電壓，當匝間電壓過高時便會在聚酯薄膜薄弱處擊穿，最終導(dǎo)線絕緣完全破壞，兩匝導(dǎo)線聯(lián)通造成匝間短路，引發(fā)事故。

（3）包封絕緣表面涂層皸裂、粉化，造成絕緣性能下降。電抗器表面絕緣涂層隨著運行年限推移出現(xiàn)老化、脫落，憎水性和抗紫外線能力喪失，無法很好地起到防護線圈本體作用，甚至發(fā)生延面爬電情況。

（4）漏電起痕。漏電起痕是有機外絕緣設(shè)備所共有問題，它對絕緣損傷是不可逆的。如果表面防污閃涂層失效導(dǎo)致設(shè)備表面污濕放電概率提高，其發(fā)展過程可能較長，但如果不及時處理，常能造成電抗器的燒毀。

（5）風(fēng)道條松動、移位，綁扎帶松動、斷裂。綁扎帶將線圈與上下支架緊固連接，扎帶松動、斷裂會導(dǎo)致運行產(chǎn)生異常噪聲，并降低電抗器整體機械強度。

（6）電抗器包封通風(fēng)道或頂部有鳥窩、鼠類等做窩。動物筑巢可能存在鐵絲等金屬性物質(zhì)，電抗器運行時會在電磁感應(yīng)作用下發(fā)熱、放電，造成電抗器外絕緣損傷，逐步劣化后發(fā)生嚴重短路故障。

5 日常維護建議

本次故障雖為產(chǎn)品質(zhì)量問題，卻暴露出了目前電抗器匝間短路保護不完善。受制于目前匝間短路保護技術(shù)可靠性和成本投入，結(jié)合電抗器現(xiàn)場常見故障類型，提出以下建議：

（1）加強設(shè)備制造工藝過程監(jiān)督、出廠質(zhì)量驗收工作，確保投運設(shè)備質(zhì)量。

（2）加強電抗器表面溫度監(jiān)控，利用熱成像儀檢查電抗器運行過程是否有局部過熱現(xiàn)象，對可能的過熱點要及時分析原因并處理，避免故障擴大。

（3）加強對投運設(shè)備的外觀檢查。檢查電抗器表面絕緣涂層，及時處理絕緣層材料龜裂、粉化、絕緣性能下降帶來的隱患問題，特別是電抗器匯流排與包封底部受力支撐處容易發(fā)生防污閃涂層失效放電現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，應(yīng)盡早用砂紙打磨清除皸裂、粉化等劣化的表面涂料，再用無水溶劑（如無水乙醇）進行認真清洗，然后涂刷耐氣候、性能優(yōu)良并與基礎(chǔ)材料相容性好的漆或涂料進行處理，避免形成不可逆的劣化。

（4）日常應(yīng)注意檢查電抗器上、下端面及匯流引線、通風(fēng)道、防雨罩、緊固件等，注意有無金屬異物掉落、引線松動、鳥類或鼠類筑巢、緊固件松動引起的噪音等現(xiàn)象。

（5）定期清理異物、積污，防止電抗器散熱不良或者受污穢影響發(fā)生爬電、放電現(xiàn)象。

（6）根據(jù)預(yù)防性試驗，定期做好絕緣、感抗值測量，精準把握設(shè)備狀態(tài)。