楊濤 王建偉 周文武

摘要：結(jié)合干式空心并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)，介紹了兩起500 kV變電站35 kV干式空心并聯(lián)電抗器故障檢查及處理情況。通過對干式空心并聯(lián)電抗器的解體檢查、故障錄波圖和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)分析，確定了兩起干式空心并聯(lián)電抗器故障的原因，并根據(jù)網(wǎng)內(nèi)干式空心電抗器實際運行情況，提出了相應(yīng)的維護建議。

關(guān)鍵詞：干式空心并聯(lián)電抗器;故障;原因;維護建議

中圖分類號：TM472? 文獻標(biāo)志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）01-0030-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.008

0? ? 引言

隨著電網(wǎng)逐步發(fā)展，人們對電網(wǎng)供電可靠性及功率因數(shù)的要求越來越高，而并聯(lián)電抗器能夠提供感抗用于抵消輸電線路剩余的容性無功功率[1]，從而有效提高功率因數(shù)，因此并聯(lián)電抗器在500 kV變電站無功補償裝置中占據(jù)著重要地位。

干式空心并聯(lián)電抗器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、運行維護成本低、性價比高等顯著優(yōu)點，在500 kV變電站無功補償裝置中被廣泛使用。近年來，匝間短路造成干式空心電抗器燒損的故障頻發(fā)，已經(jīng)威脅到電網(wǎng)的安全可靠運行[2-4]。

同時，根據(jù)紅河電網(wǎng)對干式空心并聯(lián)電抗器運行情況的分析顯示，誘發(fā)干式空心電抗器故障的主要原因是制造工藝差，絕緣材料耐熱等級低，尤其干式空心并聯(lián)電抗器斷股的情況需重點關(guān)注。

1? ? 干式空心并聯(lián)電抗器結(jié)構(gòu)

干式空心并聯(lián)電抗器線圈選用截面積較小的鋁導(dǎo)線立式繞制，繞制鋁線呈平行結(jié)構(gòu)，多股鋁線疊加后最終繞制成多層同心式筒形線圈[5]。

紅河電網(wǎng)500 kV變電站采用的干式空心并聯(lián)電抗器從內(nèi)到外共有14個包封，每個包封為3層結(jié)構(gòu)，有內(nèi)、外層絕緣包封，中間為鋁線繞制的線圈，內(nèi)、外層絕緣包封為無緯玻璃絲帶及環(huán)氧樹脂膠材質(zhì)。每個包封由性能良好的絕緣撐條隔開，形成上下通風(fēng)氣道。其所有線圈引出線及調(diào)匝環(huán)與鋁質(zhì)星形接線架連接處全部用氬弧焊焊接。干式空心并聯(lián)電抗器實質(zhì)為多層鋁線圈并聯(lián)而成。

下面結(jié)合干式空心并聯(lián)電抗器的結(jié)構(gòu)，就近期發(fā)生的兩起電抗器故障進行分析。

2? ? 某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器斷股

2.1? ? 斷股情況描述

對某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器進行周期性檢查和常規(guī)試驗，其直流電阻測試數(shù)據(jù)如表1所示，并附上該電抗器直流電阻歷史值，如表2所示。

分析以上數(shù)據(jù)可知，電抗器三相直阻不平衡率為1.54%，與歷史值0.76%、0.73%相比，有較大增長，并且主要表現(xiàn)為B相直阻較A相、C相增大。判斷可能原因為：（1）受天氣影響;（2）B相有斷股或虛接。

為了驗證天氣對不平衡率的影響，在不同的時間進行了多次試驗，試驗結(jié)果沒有多大出入，所以可以排除天氣原因。由于干式空心并聯(lián)電抗器采用多層線圈并聯(lián)繞制，導(dǎo)線斷股必然會改變原有的線圈直流電阻。經(jīng)反復(fù)查找，發(fā)現(xiàn)電抗器B相一根引出線有斷裂情況，如圖1所示。經(jīng)氬弧焊焊接處理后，再次進行了測試，偏差為0.93%，和三相偏差1.54%相比有顯著降低，和歷史數(shù)據(jù)相比還是有一些偏大。但將A、B兩相進行比較，可以發(fā)現(xiàn)A、B兩相之間的偏差和歷史值幾乎相同，經(jīng)過檢修人員反復(fù)查找確認，可以判斷斷股情況已處理。

2.2? ? 斷股原因分析

2.2.1? ? 制造工藝的問題

引出線處與鋁線圈焊接時焊接工藝粗糙，留有大量毛刺，產(chǎn)生了較大的附加電阻，附加損耗使接線端子處溫度過高，導(dǎo)致絕緣劣化，長時間運行致使電抗器斷股。同時也可能存在虛焊現(xiàn)象。

2.2.2? ? 電壓沖擊

電抗器引出線處易受到操作電壓的沖擊，投入運行時在大電流的作用下發(fā)熱膨脹，斷電退出運行后冷卻收縮，如此反復(fù)多次，造成引出線處與包封間的焊接破損松動，在電磁振動的作用下最終可能導(dǎo)致電抗器斷股。

2.3? ? 斷股發(fā)展機理

干式空心電抗器采用多層并聯(lián)結(jié)構(gòu)，線圈的軸向電應(yīng)力為零，在穩(wěn)態(tài)工作電壓下，沿線圈高度方向的電壓分布均勻，匝間平均分配相電壓。但是在斷股后，匝間電壓會局部上升。在少量斷股時，不會導(dǎo)致相關(guān)保護動作，但很可能導(dǎo)致故障擴大。長久運行將使絕緣擊穿，造成匝間短路。

3? ? 某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器燒毀

3.1? ? 故障情況描述

某500 kV變電站后臺機發(fā)35 kV 1-1L電抗器過流Ⅱ段動作信號，313斷路器跳閘，在主控室看見35 kV 1-1L電抗器B相上部冒出火光。

從現(xiàn)場35 kV Ⅰ段母線電壓錄波波形圖可知，在0時刻開始出現(xiàn)零序電壓，保護啟動，約在120 ms時，零序電壓逐漸增大，B相電壓逐漸減小，故障發(fā)展趨勢明顯，但未達到過流Ⅱ段保護動作時限;約在590 ms時，零序電壓逐漸減小，B相電壓逐漸恢復(fù)，過流保護Ⅱ段正確動作，故障被切除。

故障時的三相電流分別為Ia=0.938 A，Ib=1.727 A，Ic=1.110 A，電抗器過流Ⅱ段保護整定值為0.9 A，時限為0.5 s，B相電流明顯增大。該電抗器在平常巡視檢查中并未發(fā)現(xiàn)異常狀況，日常巡視測溫數(shù)據(jù)顯示，其本體、中心部分及頂端均符合要求。為明確該電抗器故障的具體原因，對電抗器進行了解體檢查分析，情況如下：

（1）電抗器三相本體表面絕緣涂層已出現(xiàn)一定粉化現(xiàn)象，有少量樹狀放電痕跡;B相本體頂部、底部外表面部分有黑灰，底部地面有燒焦的黑渣、燒斷的鋁線、燒熔的鋁渣。

（2）電抗器頂部引出線處無斷股現(xiàn)象，調(diào)匝環(huán)也未出現(xiàn)斷裂情況，故可排除調(diào)匝環(huán)斷裂造成電流分配不均以致起火的可能。

（3）電抗器頂部從內(nèi)數(shù)的第四（從內(nèi)往外數(shù)）包封及其附件的鋁排已燒斷，可判斷第一起火點為第四包封上部，如圖2所示。

（4）解剖發(fā)現(xiàn)第四包封的鋁線已熔化，其余包封鋁線完好，如圖3所示。

根據(jù)電抗器檢查及解體情況分析，可以判斷35 kV 1-1L干式空心電抗器起火原因為絕緣擊穿以致匝間短路，起火點為第四包封上部。

3.2? ? 電抗器燒毀原因分析

3.2.1? ? 繞制工藝的問題

干式空心電抗器在用鋁線繞制繞組時，若線軸的配重不足，鋁線繞制速度過快、受力不均勻或者機器突然停止等均可能造成鋁線松緊度和粗細不一，導(dǎo)致各鋁線圈電阻變化，最終造成電流分布不均。同時，絕緣層的密封性不良會導(dǎo)致電抗器絕緣受潮，造成絕緣降低，這些均是引起匝間短路的主要因素。

3.2.2? ? 線圈各支路電流不平衡

由干式空心電抗器結(jié)構(gòu)可知，其線圈由近百條并聯(lián)鋁導(dǎo)線組成，個別鋁導(dǎo)線電流偏差較大時會造成其余鋁導(dǎo)線間電流分布不均衡。該鋁導(dǎo)線過流發(fā)熱，最終導(dǎo)致匝間絕緣劣化，長時間累積效應(yīng)將會導(dǎo)致絕緣劣化，最終演化成匝間短路。

3.2.3? ? 絕緣材料選用不當(dāng)

干式空心電抗器在運行時散熱不良已成為共性問題，尤其電抗器頂部為熱量集中部位。根據(jù)Montsinger絕緣材料壽命定律，對于B級絕緣材料，當(dāng)溫度增加10 ℃時，絕緣材料壽命將減少一半。目前，電抗器選擇的絕緣材料耐熱等級應(yīng)達到F級以上。經(jīng)查閱資料，該電抗器絕緣材料耐熱等級為B級，燒毀的35 kV干式空心電抗器額定電流為1 004 A，電阻為19.73 Ω，可知其運行時功率很大，所以電抗器運行中將產(chǎn)生很大熱量，最終將導(dǎo)致絕緣材料急劇老化，引起匝間短路。

4? ? 維護建議

（1）鑒于以往干式空心并聯(lián)電抗器運行維護中發(fā)現(xiàn)的問題，建議試驗人員至少應(yīng)每半年對電抗器進行一次直流電阻試驗，并與出廠數(shù)據(jù)進行比較，可有效發(fā)現(xiàn)電抗器斷股故障。檢修人員應(yīng)檢查電抗器頂部調(diào)匝環(huán)和引流線的焊接處是否有斷裂或松動的情況。直阻測試時，若是兩組電抗器并排安裝，一組停電、另一組運行時，測試值會因運行的電抗器產(chǎn)生的磁場而導(dǎo)致測試不準確，因此建議兩組同時停電檢查。

（2）縮短電抗器的紅外測溫周期，紅外測溫時應(yīng)對電抗器進行全面測溫，尤其應(yīng)注意電抗器頂部的溫度測量。

（3）對于運行時間超過5年的35 kV干式電抗器，其外表面有龜裂或爬電痕跡的應(yīng)噴涂性能優(yōu)良的PRTV涂料，噴涂PRTV涂料時需徹底對電抗器外表面及通風(fēng)氣道進行清理，建議采用最新的注漫技術(shù)對電抗器外表面和氣道內(nèi)均勻噴涂PRTV涂料。

（4）工藝是保證電抗器可靠運行的重要條件，因此應(yīng)規(guī)范供應(yīng)商評價體系，選擇電抗器線圈繞制工藝優(yōu)良的制造廠商。

（5）技術(shù)協(xié)議應(yīng)對絕緣材料性能及耐熱等級提出相應(yīng)要求，選擇阻燃性較好的電抗器產(chǎn)品。同時，加強與廠家的技術(shù)交流及合作也是探求解決方案的有效手段。

（6）干式空心并聯(lián)電抗器的散熱問題應(yīng)納入重點研究范疇，通過電抗器在線監(jiān)測及狀態(tài)感知手段，提前發(fā)現(xiàn)電抗器隱患。

5? ? 結(jié)語

干式空心并聯(lián)電抗器故障類型多種多樣，大部分故障均為廠商制造工藝差，絕緣材料耐熱等級不滿足要求所致。為保障干式空心并聯(lián)電抗器可靠運行，不僅要從源頭出發(fā)，提升電抗器制造工藝，選擇優(yōu)良的絕緣材料，同時在運行維護過程中還要加強監(jiān)護，也可通過科技創(chuàng)新等手段改善電抗器的運行環(huán)境，最終保證電網(wǎng)的可靠運行。

[參考文獻]

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收稿日期：2021-09-22

作者簡介：楊濤（1989—），男，云南嵩明人，工程師，主要從事變電檢修工作。