國網(wǎng)冀北超高壓分公司 陳習(xí)文 馮小軒 張 瀟 郭 傲 朱恩澤 王相鋒 董鵬飛

國網(wǎng)管網(wǎng)集團(tuán)北方管道有限責(zé)任公司 鄭 果

在電力系統(tǒng)中干式空心電抗器應(yīng)用非常廣泛，其主要結(jié)構(gòu)包括帶有匝間絕緣的繞組、絕緣外包封、引撥棒撐起的通風(fēng)槽等。根據(jù)以往運行經(jīng)驗，干式空心電抗器時常發(fā)生局部電弧放電、絕緣材料劣化、散熱不良及引撥棒松動變位等缺陷，進(jìn)而可能導(dǎo)致電抗器繞組持續(xù)升溫甚至燒毀。

通過模擬35kV干式空心電抗器運行工況并進(jìn)行監(jiān)測，得到電抗器溫升變化、電流變化及外觀變化等數(shù)據(jù)，分析各種工況導(dǎo)致故障的概率和對應(yīng)的嚴(yán)重程度，針對性地制定相應(yīng)防范措施，達(dá)到降低設(shè)備故障率、提高電網(wǎng)運行可靠性、減少財產(chǎn)損失目的。

1 模擬金屬異物、過電壓的影響

在電抗器頂部不同位置分別進(jìn)行放置焊條、鐵絲環(huán)、插到通風(fēng)道內(nèi)的粗鐵絲、鋁絲、不銹鋼螺栓、熱鍍鋅螺栓等金屬異物，并與不放置金屬異物的區(qū)域進(jìn)行溫升對比試驗。試驗得到在干抗電磁場環(huán)境中，熱鍍鋅螺栓及放入通風(fēng)道的粗鐵絲發(fā)熱明顯，熱鍍鋅螺栓溫度為172.9℃、放入通風(fēng)道的粗鐵絲為95℃，對比上端面對照組溫度58.3℃，上述兩類金屬異物發(fā)熱明顯。電抗器使用絕緣材料主要為環(huán)氧玻璃纖維，其耐熱等級為F級，即允許最高工作溫度為155℃；國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20112-2006規(guī)定干式空心電抗器繞組的運行溫升限值為60K，熱鍍鋅螺栓導(dǎo)致的發(fā)熱超過絕緣材料允許值，長期高溫運行會導(dǎo)致絕緣材料力學(xué)性能下降、進(jìn)而影響其絕緣性能。

首先收集一批變電站內(nèi)干式空心電抗器的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要統(tǒng)計投切次數(shù)（認(rèn)為每投切一次，電抗器承受一次過電壓）及包括直流電阻、電抗值在內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)，以求找到兩者間的相關(guān)性。從運行數(shù)據(jù)分析，電抗器投切次數(shù)最多達(dá)9615，但其與投切次數(shù)594次的電抗器在直流電阻、電抗、絕緣電阻與電抗器等方面沒有明顯偏差；從電抗器運行年限角度也未找到明顯規(guī)律。因此從運行經(jīng)驗角度可得出，電抗器投切次數(shù)（10000次以內(nèi)）及運行年限（20年以內(nèi)）與其本身運行狀態(tài)沒有明顯相關(guān)性。

過電壓模擬試驗過程中，在不同電壓作用下，隨著過電壓累積次數(shù)的增加絕緣電阻均單調(diào)下降，且隨著電壓越高初期絕緣電阻下降越快，在過電壓作用后期絕緣電阻下降趨勢均開始變緩,但絕緣電阻值均在規(guī)程要求的10G以上。在不同的電壓等級下，局部放電起始電壓都隨著過電壓累積作用次數(shù)（達(dá)10000次以上）的增加而下降，且電壓幅值越高局部放電起始電壓下降越明顯。經(jīng)分析，出現(xiàn)以上試驗結(jié)果，是因在電壓作用下匝間絕緣的薄弱位置出現(xiàn)局部放電、氣隙周圍固體絕緣材料的逐漸劣化。隨著累積次數(shù)的增大，放電就會由氣隙缺陷的邊緣向固體絕緣材料內(nèi)部延伸，導(dǎo)致氣隙尺寸逐漸發(fā)展擴(kuò)大和放電通道逐漸增長。因此，隨著過電壓累積次數(shù)的增加，絕緣缺陷的不斷發(fā)展導(dǎo)致匝間絕緣在更低的電壓下發(fā)生局部放電。

2 模擬電抗器本身缺陷的影響

2.1 模擬通風(fēng)槽堵塞對電抗器的影響

選取一臺長期在室外存放的退運電抗器進(jìn)行試驗，該電抗器通風(fēng)槽內(nèi)有大量絮狀雜物。對該電抗器進(jìn)行常規(guī)試驗及匝間耐壓試驗，試驗結(jié)果合格。對電抗器施加工作電壓，用紅外測溫從正面、上面、下面多角度測量電抗器溫升，發(fā)現(xiàn)上部內(nèi)層溫度較高，判斷電抗器因毛絮長期阻塞風(fēng)道會影響風(fēng)道散熱、導(dǎo)致局部過熱，長期如此運行將會加快絕緣老化，最終可能引起絕緣故障。另外，一旦發(fā)生絕緣故障有可能引燃層間絮狀雜物，造成電抗器上下貫通短路，引發(fā)更大的故障。

2.2 模擬絕緣撐條掉落對電抗器的影響

因電抗器在實際投運過程中會有一定程度的震動，長期震動可能導(dǎo)致絕緣撐條位移，影響電抗器散熱?，F(xiàn)對一臺老舊電抗器進(jìn)行加壓模擬投運，將其絕緣撐條人工移位或部分拆除，觀察試驗結(jié)果。結(jié)果表明，如過多的引拔棒松動變位就易引起電抗器運行異響，松動的引拔棒運行過程中易抖動與包封摩擦，破壞包封的外表皮，從而增加線圈斷線的風(fēng)險。通過對變位的引拔棒進(jìn)行復(fù)位并固定，電抗器在運行中發(fā)出的震動不會引起引拔棒抖動發(fā)出異響，也防止了引拔棒不斷抖動磨破包封，消除了安全隱患。

2.3 模擬絕緣破損對電抗器的影響

對一臺有外絕緣破損缺陷的電抗器進(jìn)行試驗，隨著加壓時間的推移和電壓的不斷升高，缺陷位置的絕緣破損發(fā)展迅速，設(shè)備外觀有明顯的碳化現(xiàn)象。結(jié)束后通過對電抗器的解剖觀察與分析，發(fā)現(xiàn)電抗器的故障位置在第5包封層，解體后的第5包封層上部繞組有明顯的導(dǎo)線熔斷現(xiàn)象。判斷認(rèn)為電抗器出廠環(huán)節(jié)存在的局部外絕緣表面薄弱點，會隨著時間的推移局部薄弱點逐漸顯現(xiàn)，從而引發(fā)局部污濕放電，進(jìn)而損傷包封及導(dǎo)線絕緣，引發(fā)電抗器匝間短路故障。

2.4 模擬制造缺陷對電抗器的影響

對一臺有包紗工藝問題的電抗器進(jìn)行試驗，以模擬存在絕緣破損制造缺陷的電抗器投運后將產(chǎn)生什么問題。對電抗器進(jìn)行加壓并反復(fù)投切后，發(fā)現(xiàn)電抗器局部溫升明顯且包封絕緣出現(xiàn)過熱痕跡。中止試驗后對其進(jìn)行了解體檢查。在解體過程中發(fā)現(xiàn)電抗器外表面局部有紗頭、紗棱的情況。紗頭是浸膠玻璃紗纏繞過程中長度不夠出現(xiàn)的接頭，毛紗是坩堝紗3團(tuán)合成一股后進(jìn)行包封纏繞，在合股過程中若3團(tuán)張力不均時有可能出現(xiàn)毛紗情況，毛紗的存在有可能導(dǎo)致防閃涂料及絕緣層的破損，以至于長期運行的電抗器包封絕緣受潮、破損甚至絕緣擊穿。

3 結(jié)語

金屬異物入侵會導(dǎo)致干式電抗器局部發(fā)熱明顯，危害干抗正常運行，在運維過程中應(yīng)對金屬異物著重關(guān)注并及時清理。在設(shè)計階段應(yīng)采取防鳥措施，預(yù)防鳥類帶入金屬絲，且防護(hù)措施的安裝應(yīng)采用絕緣螺栓。

根據(jù)現(xiàn)行電抗器狀態(tài)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，運行年限、投切次數(shù)（20年以內(nèi)、10000次以下）不直接影響電抗器絕緣及電氣參數(shù)。但從仿真模擬過電壓作用下（加壓次數(shù)超過10000次），絕緣電阻和局部放電的起始電壓會有明顯下降，其中絕緣電阻值還在規(guī)程要求范圍內(nèi)，說明電抗器主絕緣還未破壞，但匝間絕緣有劣化跡象。建議在電抗器投運初期（以10000次為限），如沒有明顯異?？蓤?zhí)行常規(guī)試驗項目，如絕緣電阻、直阻、電抗值試驗等，而在電抗器投切次數(shù)超過10000次后，開展以上常規(guī)試驗項目外，應(yīng)進(jìn)行試驗電壓更高的匝間絕緣試驗以考核電抗器匝間絕緣，判斷電抗器運行狀態(tài)。

為保證電抗器長期可靠的運行，應(yīng)結(jié)合使用環(huán)境對設(shè)備進(jìn)行定期檢查和維護(hù)保養(yǎng)，定期檢查電抗器繞組層間通風(fēng)槽是否通暢，并結(jié)合停電清理風(fēng)道和電抗器頂部的異物；對電抗器松動變位的引拔棒進(jìn)行復(fù)位并固定，將有松動或移位的引拔棒輕敲，使偏移引拔棒復(fù)位。對難以復(fù)位的引拔棒，可截斷外露較長的部分。將以上處理過的引拔棒用浸膠玻璃絲帶綁扎固定防止再次松動變位。

對運行超過5年的產(chǎn)品應(yīng)重新噴涂防污閃涂料，以確保防污閃涂料對電抗器的防護(hù)效果。例行檢修時進(jìn)行外絕緣性能檢查，若電抗器表面有缺陷、損傷、涂層起皮、涂層脫落、放電等現(xiàn)象，應(yīng)及時聯(lián)合廠家開展現(xiàn)場處理維護(hù)，并綜合考慮設(shè)備狀態(tài)評價、設(shè)備使用年限和經(jīng)濟(jì)成本決定是否更新老舊設(shè)備；在電抗器的可研初設(shè)及廠內(nèi)驗收階段，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實際加強(qiáng)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝的要求和把控。在包封過程中應(yīng)及時清除紗頭（毛紗）、紗瘤，在線圈固化后精整環(huán)節(jié)也要對通風(fēng)道間散亂的玻璃紗進(jìn)行清理。