磁場干擾對空心電抗器直流電阻測量的影響及應(yīng)對策略

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 張 慶 白添凱 楊 敏 楊 超 周 帆

空心電抗器的燒毀，絕大多數(shù)都是由于其匝間絕緣薄弱、三相不平衡等原因造成的，為及時發(fā)現(xiàn)匝間短路、三相不平衡等問題，每年都對35kV 空心電抗器進(jìn)行直流電阻測量，進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，判斷電抗器是否有明顯故障存在，是否有逐漸惡化的情況。500kV 變電站一般配備有4組并聯(lián)電抗器組，而且同一段35kV 母線上的電抗器組空間布置上離得比較近，因此運(yùn)行中的相鄰電抗器組對停電的電抗器組直流電阻測量產(chǎn)生了很大的影響[1-3]。

1 現(xiàn)場測量現(xiàn)狀

變電站投運(yùn)以后，進(jìn)行設(shè)備的試驗需按照嚴(yán)格的停電計劃進(jìn)行，因此同一母線上的兩組電抗器一組處于運(yùn)行狀態(tài)、一組停電進(jìn)行測量。在多次的現(xiàn)場測量過程中發(fā)現(xiàn)，在相鄰電抗器帶電運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場的測量儀器一直提示正在充電，無法測量出數(shù)據(jù)，無論選用5A 還是10A 的直阻儀測量都出現(xiàn)這樣的結(jié)果，有時甚至出現(xiàn)試驗設(shè)備一直發(fā)出放電蜂鳴聲的情況[4-7]。還有一種現(xiàn)象如圖1所示，在測量A、B 相時測量數(shù)值正常，但是測量C 相時測量不出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)很小，與真實值相差數(shù)事倍；或者B、C 相都是這樣，只有A 相數(shù)據(jù)能夠測量出來。申請將相鄰電抗器組變?yōu)闊醾溆脿顟B(tài)后這種情況消失，能夠順利測量出電抗器的真實直流電阻值[8]。

圖1 現(xiàn)場測量狀況

2 原因分析

由于空心電抗器結(jié)構(gòu)特殊、沒有鐵芯，運(yùn)行的電抗器產(chǎn)生的磁場全部分布在空氣中，導(dǎo)致電抗器周圍產(chǎn)生很強(qiáng)烈的變化的磁場，這些變化的磁場在相鄰電抗器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，同時也對現(xiàn)場測量儀器造成一定的干擾。電抗器中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓比測量儀器輸出的電壓還高，對設(shè)備進(jìn)行反向充電，儀器內(nèi)的保護(hù)模塊生效，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法測量[9]。

利用棱邊有限元和節(jié)點有限元的混合有限元方法對空心電抗器周圍的磁場進(jìn)行求解[1]，利用Ansoft Maxwell 軟件進(jìn)行仿真，對于現(xiàn)場品字形排列的電抗器可得到如圖2所示的磁感應(yīng)用強(qiáng)度分布云圖，顏色越淺磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，對于品字形排列的電抗器來說，品字形排列的中心場強(qiáng)最強(qiáng)，離中心越遠(yuǎn)其場強(qiáng)越弱，當(dāng)達(dá)到一定的距離以后磁場強(qiáng)度就降低到正常范圍。

圖2 磁感應(yīng)用強(qiáng)度分布云圖

現(xiàn)場的情況是，兩個電抗器組相隔距離（如圖1中停電間隔C 相到相鄰帶電間隔A 相）很近，最近距離在4～6米，在這樣的距離下帶電間隔電抗器周圍的磁場對停電間隔的影響會較為明顯。

3 解決策略

從上面的原因分析可以看出，磁場干擾的來源主要是相鄰帶電的電抗器組，只要其帶電運(yùn)行磁場干擾必然存在，對現(xiàn)場直阻的測量干擾主要有兩個方面：一個是在電抗器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，另一個是影響儀器本身，因此從干擾來源及干擾方式兩方面可提出以下應(yīng)對策略。

切斷干擾源。將相鄰帶電運(yùn)行的電抗器組臨時轉(zhuǎn)為熱備用，待測量完畢后再恢復(fù)至帶電狀態(tài)，這種方法的優(yōu)點是可以利用現(xiàn)有設(shè)備準(zhǔn)確測量出實際的直流電阻值，缺點是增加了運(yùn)行人員的操作次數(shù)，同時也不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

遠(yuǎn)離干擾源。在變電站設(shè)計初期，根據(jù)電抗器參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)下的電流等參數(shù)，計算出電抗器周圍磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，得出兩電抗器組互不影響的最小距離，在空間布置上把兩個電抗器組分開。優(yōu)點是無需相鄰電抗器組陪停，缺點是占地面積可能較大，變電站布置不好設(shè)計[10]。

增強(qiáng)測量儀器的抗干擾能力。目前現(xiàn)場使用的儀器具有一定的抗干擾能力，但抗電磁干擾的能力還有待提升，可通過磁屏蔽等手段增強(qiáng)抗干擾能力，但設(shè)備的成本會變高，且設(shè)備體積等也會變大，現(xiàn)場使用不方便[11]。

消除感應(yīng)電壓影響。由于感應(yīng)電壓的存在，對設(shè)備進(jìn)行反充電，造成儀器無法測量，從這個思路出發(fā)，可在電抗器兩端并聯(lián)一個回路，把感應(yīng)電壓造成的影響通過這個回路釋放，不再對設(shè)備反充電。如果并聯(lián)的回路參數(shù)已知，則可通過計算的方式得到電抗器真實的直流電阻值[12]。

4 結(jié)語

綜上所述，空心電抗器的燒毀絕大多數(shù)都是由于其匝間絕緣薄弱、三相不平衡等原因造成的。為了及時的發(fā)現(xiàn)故障，每年對35kV 并聯(lián)空心電抗器進(jìn)行直流電阻測試，就空間電磁場對直流電阻測量的影響開展分析并提出解決策略。應(yīng)從干擾來源及干擾方式兩方面提出切斷干擾源、遠(yuǎn)離干擾源、增強(qiáng)測量儀器的抗干擾能力、消除感應(yīng)電壓影響等應(yīng)對策略。