鐵芯多點接地致35 kV并聯電抗器過熱故障分析

黃祖榮，陳瑋光，王睿宣

(國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

并聯電抗器是超高壓電網普遍采用的重要電氣設備之一。超高壓輸電線路一般距離較長，由于“容升”現象會使線路末端電壓升高，需使用并聯電抗器對線路的容性無功進行補償。

目前，500 kV變電站較多采用低壓側裝設油浸式并聯電抗器(簡稱“低抗”)的方案進行無功補償。正常運行中的低抗鐵芯只允許1點接地，然而鐵芯多點接地故障目前已成為變壓器(包括電抗器)的頻發故障之一。據統計，多點接地故障已占到變壓器總事故的30 %—50 %，嚴重威脅著低抗及系統的安全穩定運行。

1 低抗故障簡介

某500 kV變電站35 kV 1號主變2號低抗于2016-09-27投運。投運后，油色譜分析發現總烴數據增長較快，主要成分為甲烷，未出現乙炔。同年10月8日對電抗器進行油色譜分析，發現2號絕緣油中總烴增長到83.7 μL/L，于是加強了對該電抗器的油色譜監測。電抗器油色譜試驗數據如表1所示。

根據油色譜試驗結果可知，總烴呈現加速增長趨勢，10月8—12日總烴絕對產氣率達到179.25 mL/d，嚴重超過 12 mL/d 的注意值。利用10月12日數據進行三比值法分析編碼組合為：0-2-0，判斷低抗出現內部低溫過熱故障。

該低抗于10月12日下午轉為熱備用，10月15日退出運行，對其進行診斷性電氣試驗檢查。發現鐵芯和夾件間絕緣電阻為0，相關測量結果如表2所示。從測量結果可以看出，鐵芯和夾件對地絕緣良好，但鐵芯和夾件之間發生短路。由于該低抗鐵芯和夾件分別從本體引出接入地網，將鐵芯和夾件接地點拆開后兩者之間不應再有連接點，因此初步判斷為低抗內部鐵芯和夾件發生短路，導致鐵芯運行中發生多點接地。

表1 電抗器油色譜試驗數據 μL/L

表2 鐵芯和夾件對地、鐵芯對夾件絕緣電阻 MΩ

2 鐵芯多點接地分析

變壓器或電抗器鐵芯必須接地，否則會產生寄生電位，如圖1所示。高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地(電抗器油箱)之間都存在著寄生電容，帶電繞組通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對地產生懸浮電位。當不同金屬構件之間的懸浮電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，即產生火花放電，損壞固體絕緣，導致事故發生。因此需將鐵芯直接接地，使鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，鐵芯處于零電位。

圖1 寄生電容分布

需要說明的是，在額定激磁電壓下，鐵芯片間存在一定的電位差，如圖2所示，當鐵芯2點接地時，相當于2個鐵芯片間通過接地點短路。顯然，鐵芯2個接地點間就會形成閉合回路，造成環流;環流有時可高達數十安。該電流會引起局部過熱，導致油分解，產生可燃性氣體，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導致鐵芯電位懸浮，產生放電。因此，鐵芯只能1點接地。

圖2 鐵芯2點接地

故障低抗鐵芯和夾件分別從本體引出接地，而鐵芯與夾件在電抗器內部發生短路必然導致鐵芯通過夾件接入地網，運行中的鐵芯2個接地點間形成閉合回路，產生環流，從而引起低抗內部過熱，導致油分解后總烴快速增長。

3 故障低抗解體分析

對故障低抗進行返廠解體檢查，吊起電抗器油箱箱蓋后，油箱內有焦糊味，從圖3可以看出，上鐵軛上表面附著少量游離碳及金屬顆粒。

圖3 上鐵軛上表面附著少量游離碳及金屬顆粒

吊出電抗器器身后，發現上鐵軛下表面三相均存在大面積燒蝕、碳化痕跡，如圖4所示。

圖4 上鐵軛下表面燒蝕、碳化痕跡

打開夾件夾盤后，發現三相芯柱均存在較多金屬顆粒，其中B相芯柱金屬顆粒較多、較大，形似螺紋螺牙掉落(見圖5)。

為進一步檢查電抗器的故障程度，分步驟將電抗器上部壓架拆除，并隨時檢測鐵芯壓緊螺桿對上鐵軛絕緣電阻的變化。拆壓架前，測得壓緊螺桿對上鐵軛絕緣電阻值為0，說明其間存在短路。拆除A相壓架后，壓緊螺桿對上鐵軛絕緣電阻依然為0；但拆除B相壓架后，壓緊螺桿對鐵軛絕緣電阻為11 000 MΩ，絕緣恢復良好，充分說明壓緊螺桿對上鐵軛形成不穩定導通回路，使其絕緣阻值隨著拆除壓緊裝置的過程而變化。

圖5 三相芯柱金屬顆粒

拆除夾件后，將電抗器上鐵軛吊起，發現三相芯柱上端鐵餅和鐵軛間的絕緣紙氣隙墊板出現燒毀、碳化現象，如圖6和圖7所示?？拷翔F軛部位燒損嚴重，說明過熱源來自上鐵軛。

圖6 上鐵軛下表面絕緣紙氣隙墊板燒毀、碳化情況

圖7 三相芯柱上端絕緣紙氣隙墊板燒損情況

觀察上鐵軛發現，上鐵軛三相芯柱孔洞內存在大量金屬顆粒物。金屬顆粒物產生的可能原因如下：

(1) 電抗器各部件安裝時清潔工作不到位；

(2) 夾件拉桿材料選擇不合理，螺紋脫落產生金屬顆粒。

綜合分析電抗器解體情況和電氣試驗檢查結果可知，電抗器內存在大量金屬顆粒物，在運行過程中，這些金屬顆粒物在電磁場和振動作用下發生位移，造成上鐵軛鐵芯與夾件中心壓緊螺桿短接，使鐵芯與夾件之間絕緣電阻為0，上鐵軛鐵芯2點接地，形成環流，導致上鐵軛出現局部過熱。隨著運行時間的增加，上鐵軛中部端面發生局部過熱的范圍擴大，進而燒壞上鐵軛和鐵餅之間的氣隙絕緣墊板，使電抗器中的絕緣油色譜總烴增長明顯。油色譜分析中未檢測出乙炔，說明沒有電弧性放電。

4 處理措施

(1) 更換上鐵軛與壓板，使用變壓器油沖洗鐵芯與線圈，更換受損絕緣件，并重新裝配。

(2) 重點檢查裝配后的鐵芯接地系統，消除鐵芯環流。

(3) 對組裝完成的產品再進行出廠試驗和溫升試驗，并在試驗前后進行油色譜分析，以徹底排除產品的故障隱患。

(4) 在出廠和交接試驗中，需加入鐵芯及夾件間的絕緣電阻測量項目。

5 結束語

針對一起35 kV低壓并聯電抗器鐵芯多點接地故障，通過對低抗進行油中溶解氣體分析、電氣試驗及解體檢查，分析了低抗故障具體原因，并提出了處理措施。根據分析結果，對此類問題給出2點建議：

（1）在電抗器生產中，需加強對鐵芯剪切、疊裝、組裝、檢驗等流程的質量管控，杜絕此類故障的發生；

（2）綜合分析油化、電氣試驗數據判斷故障類型及位置，可顯著提高解體檢查的效率。