串聯干式電抗器非接觸式檢測方法

【摘 要】介紹了黑龍江地區串聯干式電抗器運行中出現的故障以及典型案例，提出故障的原理和分析方法。對可能實施的技術手段進行探討，例如采取超聲超高頻等非接觸檢測方法對故障點進行定性定位分析。

【關鍵詞】干式電抗器；非接觸；局放；故障檢測

0.引言

電抗器是重要的電力設備，在電力系統中起補償雜散容性電流、限制合閘涌流、限制短路電流、濾波、平波、啟動、防雷、阻波等作用。根據電抗器的結構型式可分為空心電抗器、鐵心電抗器與半心電抗器。

戶外空心干式電抗器是20世紀80年代出現的新一代電抗器產品，它是利用環氧繞包技術將繞組完全密封，導線相互粘接大大的增加了繞組的機械強度。同時利用新的耐候材料噴吐于包封的表面，使得產品能夠滿足在戶外的苛刻條件下運行。

1.故障案例

1.1故障狀況

從2011年10月份起2年時間左右，東北某省檢修公司所管轄變電站中干式電抗器就已經燒損7臺，干式電抗器的外絕緣問題已經影響了設備安全穩定運行。

經過對燒損的5臺干式電抗器進行解體后發現，放電路徑均屬于表面樹枝狀放電，屬于污濕放電。這是由表明容性泄漏電流引起的漏電痕跡。由于外側包封周長較大，同樣材質最外側包封受力較大，包封出現裂縫，導致絕緣表面出現許多肉眼不可見的微小爬電路徑。出現裂縫原因基本為電抗器的晝夜溫差以及應力釋放，使得絕緣表面產生了較多的裂縫。處于電抗器絕緣撐條附近的裂縫，其場強更是在撐條的影響下嚴重畸變。在雨雪、潮氣、鳥糞等的侵蝕下，嚴重的裂縫處出現放電并發展成爬痕，在包封層表面形成短路通道，致使設備匝間絕緣降低，造成局部放電，局部放電繼續發展，導致局部過熱，又造成其他絕緣薄弱點發生放電，最終導致貫穿性放電，電抗器損壞。

故根據現場情況判斷，干式電抗器燒損主要是由于絕緣材料裂化所致。

1.2常規故障檢測手段

目前為止，常規的干式電抗器檢測手段主要有：直流電阻測試、電抗器值測試、絕緣電阻測試、有功損耗測試、耐壓測試等。其中直阻、電抗器值、絕緣電阻測試都不能有效檢測干式電抗器的絕緣問題。

由于目前干式電抗器組一般安裝在主變三次測，現場電、磁場干擾大，而有功損耗測試儀容量小，對其測試結果有一定影響，每次測試數據變化非常大，干擾過強時還會燒損測試儀器，測試效果不理想，不能作為判斷依據。

由于耐壓測試設備沒有便攜式，不能運輸到現場，而且在耐壓測試過程中，施加的電壓高于運行電壓6-7倍，對設備良好絕緣也有影響，所以也不能作為絕緣測試的判斷依據。

就常規檢測手段來講，目前沒有能準確對干式電抗器絕緣進行測試的非接觸式檢測手段。

1.3非接觸式檢測

1.3.1局放基本原理及檢測技術簡介

局部放電是指設備絕緣系統中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發生在導體（電極）附近，也可發生在其它位置。

局部放電的種類：

（1）絕緣材料內部放電（固體-空穴；液體-氣泡）。

（2）表面放電。

（3）高壓電極尖端放電。

局部放電的產生：設備絕緣內部存在弱點或生產過程中造成的缺陷，在高壓電場作用下發生重復擊穿和熄滅現象-局部放電。

局部放電可產生光學現象（光信號）、壓力波（聲音信號）、放電作用/介質損耗/高頻波信號、化學產物、發熱現象等。

1.3.2干式電抗器故障非接觸式檢測

對干式電抗器進行非接觸式故障測量主要參考超聲波（AE）局放和超高頻（UHF）局放信號。

通過對東北某地區11個500kV變電站，總共93相干抗器進行測量：測量結果以四個等級來區分，分別是合格或良好（綠色）、監測或觀察（藍色）、邊緣或不正常狀態（黃色）和危險狀態（紅色）。經統計，這93相干抗器中，超聲波檢測結果標為黃色的有26相，占比28%；標為藍色的有11相，占比12%；標為綠色的有56相，占比60%。超高頻檢測方面經統計，檢測結果標為黃色的有1相，占比1%；標為藍色的有64相，占比69%；標為綠色的有28相，占比30%。如果在測量時發現明顯的超聲波信號，那么此臺電抗器附近的超高頻信號也會超過基準值。然而測量點超高頻信號明顯的干抗器，不一定存在明顯的超聲波信號。因此判斷，對干式電抗器的測量不能單獨通過一種檢測技術來判斷干抗器的運行狀態，需要通過綜合手段對來進行判斷。

由于干式電抗器沒有屏蔽層，所以超高頻信號較容易傳播到空中。但是，由于變電站內電磁環境非常復雜，被測點測得信號實際上是各信號源所發出的放點信號的疊加結果。這就導致難以對故障信號點進行判斷，故需要輔助超聲波手段進行測量。

由于局部放電產生的超聲信號會在衰減前通過干抗器包封夾層之間的孔隙傳播一段距離，所以通過移動傳感器的位置，可以根據信號的強度來判斷局部放電源的位置。常規的檢修工作需要對干抗器的標準測試點的局放信號進行記錄。通過對被測點進行數據管理，可以實現對檢測數據進行連續的跟蹤管理。

1.3.3干抗器檢測干擾信號的判斷與排除

在實際測量中，發現在某些站中出現干抗器被測點信號低于站外基線信號的情況。在這種情況下，這需要對變電站內其他設備的相對位置和放電信號進行綜合考慮也驗證。在充分考慮周邊干擾信號影響因素前，不能完全以干抗器被測點的絕對信號值為準。

在某500kV站測試的兩組干抗器均無明顯超聲放電信號，但超高頻信號非常明顯，隨后對附近的放電源進行了排查。結果發現3號電抗器A相旁邊地面的超聲波信號非常明顯。經過與運維人員確認，地下敷設高壓電纜并有地網通過。雖然此類放電信號不一定會立即出現事故，但是對干式電抗器的超高頻信號檢測的干擾是非常明顯的。故需要綜合使用其他手段拍排除干擾，提高檢測的準確性。

1.3.4干抗器故障預防與狀態檢修

干式電抗器在東北電網中的應用十分廣泛，但是近年來頻繁的故障給電網的安全可靠運行帶來了極大的安全隱患。據不完全統計，東北某地區500kV變電站的串聯干式電抗器故障率接近5%。這在國網公司日益強調電網安全可靠運行，減少停電時間的背景下顯得非常突出。

為了避免發生這類故障，檢修公司和生產廠家采取了各種方法來解決此類問題。例如加裝防雨帽，線圈表面噴涂憎水性PRTV涂層等防雨措施，還主張線圈外側裝上防雨的玻璃鋼保護層，還有通過增加線圈高度，加大表面爬電距離來避免此類故障。

通過試驗研究和運行經驗證明，雨水對戶外的絕緣子有自然清洗的作用。戶內和有棚蓋的設備絕緣表面更為污穢，特別是線圈的夾層更容易藏垢積污。其次，防雨帽不能防范濃霧和斜風細雨，這些因素比雨水更具危險性。此外將線圈外側包起來是否有效和影響其散熱也必須考慮。憎水性涂層的有效期需要注意，因為定期噴涂，除線圈內外層還必須噴涂夾層。這將給運行帶來麻煩。增加高度加大線圈爬電距離如能證明有效，將會是一項較好的措施?，F在西安揚子公司35kV電抗器高度已由加拿大的1.6m提高到2.1m。如果能在不戴帽和不噴刷涂料的條件下正常運行，這將受到運行人員的歡迎。目前加拿大產的66kV電抗器高度已達3.34m，加上支座和絕緣子已超過5m，繼續增加高度將帶來許多不便。此外，建議以降低電流密度來解決溫升過高的問題，避免出現溫度很高的設備。

2.結束語

干式電抗器的故障檢測和狀態檢修技術剛處于起步階段，需要大量的理論研究實踐經驗來積累數據，建立數據庫與模型庫。通過大量的數據積累來對干抗器放電信號與運行狀態建立關聯。再通過理論研究形成導則文件，為北方地區存在干抗器故障隱患的地區提供有效的檢測指導和理論支撐。及時發現設備異常，及時消除設備隱患，以保證設備和電網的安全穩定運行。 [科]

【參考文獻】

[1]DL/T474.1～DL/T474.5，現場絕緣試驗實施導則，中華人民共和國國家發展與改革委員會，2006.

[2]高壓電氣設備試驗方法，中國電力出版社，2004.