一起35kV油浸式鐵芯并聯電抗器鐵芯多點接地故障診斷與應對方法研究

席國強

摘 要：油浸式鐵芯電抗器廣泛應用于電網的遠距離輸配電項目、各種發電廠和大型工礦企業的供配電系統、各類礦產開采及使用高壓電機的場合、諧波狀況復雜的電力系統、電壓波形和電網功率因數較低的系統。通過本文分析，電抗器的故障原因與大部分其他變電站設備的故障原因基本一致。通過加強變電站的運行管理和檢修管理，可以有效減少電抗器的故障率，有效降低電抗器故障引起的事故隱患。

關鍵詞：油浸式鐵芯并聯電抗器；多點接地；故障診斷；方法

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A

油浸式鐵芯電抗器（以下簡稱“電抗器”）正常運行時，繞組周圍存在著交變的磁場，由于電磁感應的作用，繞組與鐵芯之間、鐵芯與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使得鐵芯對地產生懸浮電位，鐵芯和各金屬部件之間或對接地體產生電位差，當兩點之間的電位差達到足以擊穿其間絕緣時，便形成斷續的火花放電，這種放電將使電抗器的絕緣油分解，并損壞固體絕緣。本文從個案分析入手，對油浸式鐵芯并聯電抗器的鐵芯多點接地故障進行系統分析。

1.工程實例

2017年1月某日某市郊35kV變電站，3#35kV斷路器線路電抗器出現了過熱報警，檢修人員對其轉備用隔離后進行了檢查，發現了3個疑點。

（1）當時環境溫度10℃，在運6臺電抗器，其中5臺溫度最低16℃，最高27℃，1臺電抗器溫度卻達到了65℃，運行狀態較為異常。

（2）變電站給電抗器的例行檢修為20天一次，更換絕緣油每兩次檢修更換一次。根據檢修日志，該電抗器的絕緣油更換僅7天，但其油內的黑色粉狀及細小條狀雜質很多，絕緣油本身呈現出黃褐色，達到了應該更換的標準，這是不正常的現象。

（3）變電站35kV母線電壓和電流波形畸變較為嚴重，切除故障電抗器所在的3#電源后，波形正常了。

鑒于以上3個疑點，可證明3#電源線路電抗器存在故障，而電抗器發熱和絕緣油污染的異常狀態是造成3#電源線路故障的主要原因。

2.變電站工作人員做了如下處理

（1）確認系統負載是否允許切斷3#電源。在系統負載允許的情況下，切斷3#電源；

（2）隔離3#主斷路器；

（3）合上3#斷路器接地刀閘；

（4）檢查3#電源副斷路器狀態，確保其完好的情況下，使用3#電源副斷路器送電，恢復3#電源供電；

（5）隔離3#主斷路器線路內的疑似故障電抗器；

（6）解除3#主斷路器內備用電抗器隔離；

（7）測試3#主斷路器狀態完好，轉入冷備用。

注：為了強調對電抗器的處理流程，第1條和第4條沒有完整寫出，變電站工作人員應該嚴格按照刀閘操作流程進行操作。

3.對電抗器的檢驗方法

（1）通過兆歐表檢測法判斷電抗器有無擊穿

鐵芯多點接地的電抗器，因為線圈與鐵芯之間、鐵芯與外殼之間反復電弧放電，其繞組絕緣必定有擊穿的跡象，應該采用兆歐表檢測法對其進行檢測。

（2）在絕緣油環境中使用兆歐表對電抗器進行檢驗

恢復電抗器的絕緣油環境，兆歐表的一極連接在電抗器的一個接線端子上、一極連接在電抗器外殼上進行第一次檢測，如果發現電阻下降，就可以斷定電抗器存在接地現象。

（3）通過耐壓試驗對電抗器進行檢驗

同樣是在絕緣油環境良好的前提下，使用耐壓實驗儀對電抗器電極到外殼的絕緣耐壓試驗進行測試，同時對其三相接線端子之間的耐壓實驗進行測試，如果試驗通過，則認為其沒有出現接地，如果試驗不通過，則認為其出現接地現象。

（4）停運前對運行中的電抗器利用氣相色譜分析法。氣相色譜分析是發現電抗器鐵芯接地最有效的方法。若氣體中的甲烷及烯烴組織成分增加很快，而一氧化碳和二氧化碳與以往相比變化甚少或正常時，則表明有過熱和裸金屬放電現象。

4.安全要素分析

4.1 狀態檢查期間的安全要素

狀態監測階段的主要風險有兩點：

（1）帶電監測階段的觸電風險。

（2）監測階段可能發生的電弧擊穿設備風險。

電抗器在生產期間已經考慮到了帶電溫度監測的路徑和方式，其中埋入了溫度感應芯片，而且支持用戶使用紅外溫度測試儀對其進行測試。在對絕緣油的純度測試中，應用手拔出絕緣油測試尺，測試其絕緣油的純度，拔出測試尺時，應該嚴格按照帶電操作規程進行操作。變電站工作人員應嚴格遵守帶電操作的安全員制度，確保操作單的復誦制度。

4.2 電抗器拆除期間的安全要素

電抗器拆除期間的安全風險主要有兩點：

（1）停電失誤造成的觸點風險。

（2）電抗器拆除過程對斷路器帶來的安全隱患。

部分變電站的工作人員在進行電抗器維護時，經常出現一些違章的跳步操作現象，甚至部分變電站對電抗器的拆除和維護作業沒有專門的操作單。電抗器拆除期間，同樣要嚴格按照操作單進行操作，確保安全員制度和操作單復誦制度。因為電抗器拆除需要經歷兩次倒閘，其安全管理壓力較大。電抗器拆除后，應該立即使用備用電抗器恢復故障斷路器的狀態，使其轉入冷備用狀態，而不是保持其檢修狀態。

4.3 電抗器測試階段的安全要素

電抗器測試期間的風險主要是耐壓測試期間的安全風險。

電抗器測試階段，在肉眼觀察測試和兆歐表測試階段并沒有太大的風險，其主要風險在耐壓測試階段。耐壓測試的流程應該被嚴格控制。

5.電抗器多點接地故障的防范方法研究

電抗器多點接地故障有4個主要原因，根據這4個主要原因，可以制定有效的電抗器多點接地防范方法：

（1）防止浪涌

浪涌是引起電抗器內部擊穿的最主要途徑。浪涌的原因可能是雷擊，突發性的大功率抗性增壓及其他干擾，但一般的變電站在進線處都規劃的浪涌抑制器和防雷接地保護器，確保這些設備的完好可以有效防止浪涌對電抗器的影響。

（2）防止過載

系統過載可以導致電抗器升溫，甚至造成絕緣油局部汽化降低絕緣油性能。與浪涌故障一樣，過載故障也可能造成其他的設備出現擊穿或者疲勞等故障。過載故障給電抗器帶來的最大問題是設備的物理疲勞。系統長期運行在超負荷工作的狀態下，其內部的微小電弧會損壞絕緣紙及絕緣涂層，給系統后來的多點接地擊穿帶來隱患。

（3）防止物理損傷

絕緣油發生渾濁后，其絕緣性能下降，系統內的微電弧增加，導致系統的絕緣系統受到更大的程度的破壞。同時，外界的高溫，雨水混入絕緣油造成的絕緣油乳化等也可能造成系統的損傷。這些影響同樣可能影響變電站內的其他設備。所以，減少物理損傷，加強惡劣天候下和高負荷狀態下的電抗器和全系統狀態檢修，是有效防范電抗器故障的因素。

（4）加強狀態檢修

狀態檢修是智能電網要求下的變電站檢修任務。通過對電力運行大數據進行系統的科學的挖掘，可以及時發現變電站的潛在故障。與前3條一樣，加強變電站檢修可以有效防范包含電抗器在內的所有可能故障。

結語

電抗器是變電站中常用的設備，也是含本文研究 35kV變電站在內的各個級別變電站的常用設備。通過本文分析，油浸式鐵芯并聯電抗器的故障原因與大部分其他變電站設備的故障原因基本一致。通過加強變電站的運行管理和檢修管理，可以有效減少電抗器的故障率，有效降低電抗器故障引起的事故隱患。在電抗器出現多點接地故障后，應該嚴格按照操作單進行處理，一方面防止事故的擴大化，另一方面可以有效降低處理電抗器多點接地故障處理過程的風險。

參考文獻

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