解析干式空心電抗器匝間絕緣檢測技術

姜望

【摘 要】干式空心電抗器匝間常出現絕緣故障，直接地影響到干式空心電抗器運行的穩定性。本文分析了關于高壓高頻振蕩的干式空心電抗器匝間絕緣檢測技術的研究，并闡述了一套適用于干式空心電抗器的現場檢測系統，有效地解決了送端電網長期存在的干式空心電抗器絕緣故障檢測手段不足的技術問題。

【關鍵詞】干式空心;電抗器;匝間;絕緣檢測技術

干式空心電抗器具有結構簡單、損耗小、免維護、低噪聲、方便安裝等優點，在電網中得到廣泛使用。干式空心電抗器常在戶外運行，電抗器絕緣性能受到氣候、絕緣老化、電壓波動等因素影響，使其在運行中遇到各種問題，嚴重時會引起著火甚至爆炸等事故，給電力系統運行帶來了巨大的安全隱患。近年來，關于干式空心電抗器的事故分析報告以及工作總結表明，引起干式空心電抗器事故的主要原因是匝間絕緣缺陷，占事故的 90%以上，且匝間絕緣缺陷在沒有發展到一定程度時，現有的試驗手段很難檢測出來。為了減少電抗器事故造成的損失，因此，研究電抗器匝間絕緣檢測方法具有十分重要的意義。

1干式空心電抗器

干式空心電抗器是基于電磁感應原理制成的電感線圈，常用于增大線路的短路阻抗，限制線路中的短路電流，維持母線電壓的穩定。干式空心電抗器因具有獨特的物理結構、較強的機械性能和良好的絕緣特性，自20世紀70年代起，在我國電網系統中被廣泛應用。干式空心電抗器呈雙層圓柱筒狀，內部掏空，內外層之間由若干細金屬線圈繞制包封而成，線圈包封又由多根金屬導線并聯組成，線圈包封之間由浸有環氧樹脂的玻璃纖維隔離，匝間絕緣性能主要取決于包裹聚酯薄膜的絕緣性。干式空心電抗器的等值電路如圖1所示。

2干式空心電抗器匝間絕緣故障分析

2013年以來，某供電局轄內兩所變電站共發生8起35kV干式空心電抗器燒毀事件，嚴重影響了變電站的安全運行。2018年3月，某電科院、分管供電局和電抗器廠家共同對某燒焦空心電抗器進行了現場解體，分別對電抗器的選用材料、制造工藝和故障前的運行數據進行了分析，對干式空心電抗器的故障原因進行多次討論。經過現場分析和討論，認為引起變電站干式空心電抗器絕緣損壞的原因主要是匝間絕緣老化、匝間短路和散熱效果不佳等。從干式空心電抗器的運行環境來看，大部分電抗器自投產以來長期處于高溫、潮濕環境，因此匝間內部絕緣老化問題較為突出，其絕緣聚酯膜的性能遠低于F級絕緣材料的要求;其次，由于材質和生產工藝原因，匝間絕緣能力降低，極易引起線圈包封內部導線短路，產生高額短路電流，使干式空心電抗器燒毀。另外，在干式空心電抗器運行中缺少有效的絕緣監測手段，無法實時監測干式空心電抗器內部的絕緣性能和溫度變化過程[1]。

3干式空心電抗器匝間絕緣檢測技術

3.1技術研究思路

項目主要以理論研究、系統研發和技術應用為主線。首先，對干式空心電抗器現場試驗存在的問題和技術難點進行分析，結合高壓高頻振蕩的技術原理，完成干式空心電抗器振蕩波頻率特性、數值及檢測方法的理論研究。其次，對高壓直流充放電工作原理進行研究，對試驗電氣參數進行整定和優化。再次，研發一套適用于干式空心電抗器的現場檢測的可移動、便攜式的振蕩高壓脈沖試驗裝備，并制定相應的測試方案。最后，根據項目研究所確定的測試方案，開展基于干式空心電抗器的現場檢測試驗，并根據現場試驗結果逐步改進測試系統和測試方案，真正做到理論與實踐的緊密結合。

3.2匝間絕緣檢測理論基礎

干式空心電抗器的檢測主要以干式空心電抗器的等值電路模型和基爾霍夫電流定律為理論基礎，以高壓高頻振蕩原理為技術核心，電路方程組如式（1）所示。首先，通過高壓直流電源向主電容進行充電;然后，使用高壓軟導線和試驗開關將直流電壓輸送至被檢測的干式空心電抗器上。再利用測試儀的二次接線及測量模塊，采集干式空心電抗器上的高頻脈沖振蕩波形和動態參數。最后，與干式空心電抗器的等值電路和數學方程組的計算結果進行校核。

3.3干式空心電抗器現場檢測系統

本文所提出的干式空心電抗器現場檢測系統是由測試儀、直流高壓發生器、放電與測試單元組成。系統中測試儀由操作箱與測量元件構成，主要實現試驗流程的操作，完成高壓分壓器、示波器電壓信息及波形的采集。直流高壓發生器由試驗變壓器、保護電阻及高壓硅堆等組成，主要實現每分鐘3000頻次0～200kV（ZT200型）連續可調直流高電壓的輸出。放電與測試單元則由放電球隙、阻尼電阻、主電容和分壓器等集成，主要用于試驗電壓大小的調節，電壓測量精度可達0.2級。

4現場檢測應用

2018年10月，該供電局基于干式空心電抗器匝間絕緣檢查技術的研究成果，選取了10臺干式空心電抗器進行了匝間絕緣性能檢測，并成功檢測出3臺干式空心電抗器匝間存在絕緣性能不滿足標準的技術要求。干式電抗器匝間絕緣性能良好的現場檢測波形如圖2a）所示，匝間絕緣故障干式空心電抗器的檢測波形如圖2b）所示。圖2中兩組檢測波形的對比，證明了本文所提出的基于高壓高頻振蕩原理的現場檢測技術是可行的[2]。

結語

匝間絕緣故障是干式空心電抗器最為常見的故障類型，導致干式空心電抗器出現匝間絕緣故障的主要原因有散熱不良、絕緣材質裂化、結構工藝問題等。在實際檢測過程中，通過對干式空心電抗器匝間絕緣進行考核是一種較為有效的檢測方法，通過對波形進行對比可以將干式空心電抗器匝間絕緣故障判斷出來，因此，技術人員在進行干式空心電抗器匝間絕緣監測時，可以充分借助這項檢測技術，提升干式空心電抗器匝間絕緣監測的效率，增強干式空心電抗器運行穩定性。

參考文獻：

[1]楚金偉，陳偉民，張良，等.干式空心電抗器燒損故障分析[J].廣東電力，2016，29（7）：117-121.

[2]張晗，蔡延雷.一起500kV變電站干式空心電抗器故障原因分析[J].電力電容器與無功補償，2016，37（1）：47-50.

（作者單位：國網山西省電力公司檢修分公司）