10 kV電容器組串聯電抗器鐵芯燒毀原因分析

由 建，焦建紅

（1.國網河北省電力有限公司石家莊供電分公司，河北 石家莊 050000；2.河北交通職業技術學院，河北 石家莊 050035)

安裝并聯電容補償裝置是提高電網功率因數改善電壓質量、提高電網安全運行的重要手段。樹脂澆注串聯鐵芯電抗器和電容器串聯，主要作用是限制電容器投入瞬間產生的合閘涌流和消除系統中的多次諧波。串聯電抗器在運行中常出現電抗器過流、異常發熱、損壞，影響電網的安全運行的問題。本文結合一起10 kV電容器組串聯電抗器鐵芯燒毀的事故進行分析。

1 事故現場概況

2019年12月25日，變電站設備巡視期間發現該電抗器B相鐵芯有煙冒出，有很大的燒焦氣味，經人工拉閘斷電。停電后近距離觀察，故障為B相鐵芯部位，環氧樹脂和絕緣筒高溫下發生變性分解并冒煙，如圖1所示，形成的流體和殘渣在現場明顯可見，表面涂刷的防噪聲漆也因高溫熔化剝落，如圖2所示。電抗器鐵芯柱表面有大量木屑灰塵等雜物，如圖3所示，B相線圈下部散熱通道處有網狀物。

圖1 電抗器B相鐵芯燒毀

圖2 噪聲漆融化剝落

圖3 電抗器表面木屑灰塵

該電容器保護在12月23日2:24有一次保護事件記錄“保護啟動”，提取對應波形分析應該為電容器組投入運行時的過電流引起的保護啟動。

2 事故處理過程及原因分析

現場對電容器接線進行檢查，電容器組參數與電抗器匹配，排除了因兩者容量不匹配造成的電流過大。對變電站內10 kV電壓進行不間斷監測，并未發現有諧波異常的情況，電能質量良好，排除了電容器組的諧波電流被放大或是某次諧波引起電容器組諧振致使電抗器過流、過熱。

對該電抗器進行返廠試驗，三相直阻相差不大，如圖4所示，溫升試驗發現B相電抗值明顯升高，溫升實驗B相升溫很快，2 h已經超過絕緣耐受溫度，試驗中止。試驗數據如表1所示。

圖4 溫升試驗現場

對電抗器進行解剖，發現B相上部樹脂和氣隙隔板已經因為高溫而碳化，AC相也因高溫開裂。

表1 溫升試驗數值

通過以上處理分析，電抗器燒毀的直接原因是B相鐵芯過熱，溫度超過周圍絕緣材料耐受溫度，造成絕緣材料高溫分解燃燒，AC相芯柱因B相過熱鐵芯熱傳導，高溫導致絕緣材料老化開裂。

電抗器工作時，線圈中有交變電流，它產生的磁通也是交變的，這個變化的磁通在鐵芯中產生感應電流。鐵芯中產生的感應電流，在垂直于磁通方向的平面內環流著，渦流損耗使鐵芯發熱。為了減小渦流損耗，變壓器的鐵芯用彼此絕緣的硅鋼片疊成，使渦流在狹長形的回路中，通過較小的截面，以增大渦流通路上的電阻。同時，硅鋼中的硅使材料的電阻率增大，也起到減小渦流的作用。

該事故電抗器B相鐵芯運行過程中過熱，是由于鐵芯裝配過程中部分硅鋼片綁扎固定不到位，從生產完畢至安裝現場運輸過程中，設備安裝期間和帶電運行過程中都有可能導致硅鋼片松動錯位，造成鐵餅間氣隙失效，氣隙短路處，渦流損耗增大，導致鐵芯發熱，形成高溫。同時拆解AC兩相鐵芯柱并未發現問題，鐵餅完好，排列整齊。

因此生產制造過程是關系到電抗器質量的關鍵，需要制造廠家嚴格控制工藝質量，對鐵芯硅鋼片的剪切、疊裝、綁扎定位、夾件安裝等加強管控。同時在運輸途中做好避免大幅度顛簸的防振措施。現場就位要輕吊輕放，安裝時禁止遭受沖擊，安裝后檢查電抗器緊固件的狀態，發現松動要及時加以緊固。

根據現場電抗器表面有大量木片殘留和網狀物在氣道處，很容易堵塞散熱氣道，造成電抗器過熱，應加強運行維護，在運行一段時間后對鐵芯表面、鐵芯柱散熱通道、線圈散熱通道等處進行清潔，避免電抗器通風散熱不良，長時間運行導致熱量積累而造成影響。

值班員應將電抗器作為巡視的重點設備，特別是在負荷高峰期，應增加電抗器巡視和紅外測溫的次數，以便及早發現電抗器故障并及時切除電容器裝置，避免事故擴大。同時，采取技術手段，給電抗器安裝高溫報警裝置以便實時監控電抗器狀態。

3 結束語

通過對事故電抗器的運行環境的分析、變電站10 kV母線運行電壓的諧波監測，設備返廠后的溫升試驗以及對電抗器本體的解體分析，可以發現，對于電抗器三相直阻相同，但個別相溫升較大或者燒毀，可以確定該相鐵芯存在質量問題，導致渦流損耗大，需要及早退出運行處理。電抗器燒毀的主要原因是電抗器鐵芯松動造成片間短路。針對鐵芯松動，提出了在電抗器生產制造方面加強工藝質量控制、運輸、安裝、運行維護等方面防止鐵芯燒毀的防范措施。對電抗器的生產、安裝質量控制以及運行環境提出了要求。