750 kV油浸式電抗器套管升高座熱像分層原因分析

劉威峰，周秀，馬云龍，羅艷，田天

(國網寧夏電力有限公司電力科學研究院，寧夏 銀川 750011)

在某750 kV變電站750 kV油浸式高壓并聯電抗器紅外精確測溫發現Ⅰ線電抗器出現明顯紅外熱像分層現象，與Ⅱ線電抗器該部位熱像存在明顯差別。根據DL/T664中表面溫度判斷法、同類比較判斷法判斷Ⅰ線電抗器套管升高座存在疑似缺陷[1-5]。試驗人員及時開展多種局部放電檢測技術進行檢測診斷和油中溶解氣體分析，均未發現異常、異常放電或內部故障缺陷。針對于此，技術人員從熱學理論特性分析比對兩組設備結構參數，判斷是由于升高座內裝有套管式電流互感器引起套管升高座部位結構尺寸緊湊，熱油循環不暢，散熱不均勻引起較大溫差分界面；并通過Fluent流體溫度場仿真分析驗證了套管升高座部位結構緊湊，熱油循環不暢，散熱不均勻引起熱像分層的判斷。

1 紅外熱像異常現象

Ⅰ線C相電抗器、Ⅱ線C相電抗器紅外成像(環境溫度18 ℃)見圖1和圖2。圖1中Ⅰ線電抗器C相升高座紅外熱像中熱點溫度約45.3 ℃，熱像分界面上下溫差約3.2 K，熱點溫升約17.3 K。圖2中Ⅱ線電抗器C相升高座紅外熱像中未見明顯熱像分層變化，熱點溫度約41.2 ℃，溫升約13.2 K。Ⅰ線C相電抗器、Ⅱ線C相電抗器兩臺電抗器升高座熱點溫升均未超過表1的溫升限值。根據DL/T 664內表面特征法分析：Ⅰ線電抗器套管升高座存在明顯的溫差分界面，下部溫度較高而上部溫度相對較低，而同廠家設備Ⅱ線電抗器未見異常，初步懷疑Ⅰ線電抗器套管升高座位置存在缺陷。

圖1 I線C相電抗器紅外熱像圖譜

圖2 II線C相電抗器紅外熱像圖譜

表1 油浸式變壓器溫升限值

2 原因分析

2.1 理論分析

引起油浸式電抗器(變壓器)套管升高座溫升較大的原因主要有[6-8]以下三方面:

(1)電抗器套管里導體流過交流電流在封閉導體外殼上產生感應電流，由于法蘭及螺栓接觸電阻大，導致發熱嚴重;

(2)電抗器磁場在套管升高座法蘭上形成渦流，并在升高座法蘭平面上產生熱效應;

(3)熱傳遞時傳輸不暢引起局部溫升增大。

升高座內是油紙電容型套管，套管導電桿漏磁在升高座外殼形成渦流熱效應極其微弱，可以忽略，圖1、圖2紅外熱像圖譜特點排除了由于漏磁引起的熱效應，所以油浸式電抗器升高座的熱源主要由絕緣油熱傳遞而來，熱量來源由兩部分構成:一部分來自電抗器鐵心損耗產生的熱量和電抗器繞組產生的熱量，并傳遞到升高座表面；另一部分是由于升高座內套管導電桿、電流互感器發熱而產生的熱量傳遞到升高座表面[9-11]。若絕緣油循環不暢或局部缺陷,可導致升高座部位異常發熱，電抗器鐵心和繞組存在的缺陷也會引起電抗器局部溫度升高而導致油溫過高,傳遞到箱體和升高座。利用超聲波局放、特高頻局放、高頻局放、振動成像、以及在線油中溶解氣體分析和離線油中溶解氣體檢測技術進行分析均未發現異常數據，排除了內部接觸不良造成的缺陷或故障。為準確分析電抗器升高座異常發熱原因，從電抗器內部發熱特點、電抗器容量、升高座部位結構特點、利用FLuent軟件流體溫度場進行仿真分析。

2.2 電抗器差異分析

I線電抗器(型號BKD-100000/800-110，額定電流216.5 A，套管型號BRDLW-800/800-4)與II線電抗器(型號BKD-70000/800-110，額定電流151.6 A，套管型號BRDLW-800/800-4)相同之處為兩組電抗器同廠家設備，所用高壓套管同廠家同型號、升高座尺寸相同；不同之處為兩組電抗器容量不同，通流能力不同，高壓套管升高座結構有差異。

紅外精確測溫時兩組電抗器均在相應額定電壓下運行。根據熱理論分析I線電抗器容量、通流能力較大，故產生熱量相對較大，絕緣油熱量較高[11]。升高座內套管或電流互感器(CT)容量不同，固定方式不同引起圖3中套管電流互感器與升高座壁間隙過小(與II線電抗器相同部位相比較)。升高座內部結構存在差異，產生熱量大，間隙過小絕緣油流動不暢，散熱不均勻易在間隙變小處引起溫差界面。圖1中溫度分界面與圖3結構中CT下沿界面一致。

圖3 高壓套管升高座內部

2.3 Fluent仿真升高座內流體溫度場

根據電抗器設備廠家提供升高座部分結構參數，利用Fluent對該部位進行流體溫度場熱量分布仿真計算。仿真計算模型以現場檢測時周圍環境溫度18 ℃為計算模型的環境溫度，18 ℃時結構件材料屬性見表2。仿真計算時假定升高座部位結構件材料密度、比熱容和導熱系數不隨溫度變化。

表2 材料屬性參數

電抗器高壓套管升高座內流體溫度分布與局部放大后溫度分布分別見圖4、圖5。

圖4 高壓套管升高座內流體溫度分布

圖5 局部放大后溫度分布

套管升高座油流區域，熱油來自下部電抗器本體油箱(升高座的主要熱源)，升高座內無絕緣油流出口，故升高座內絕緣油自然對流。套管升高座外壁低溫區位置空間小、熱油少且無法快速流動，熱油的熱量從側壁面和升高座頂蓋散失(散熱面積相對較大)又無法補充熱量，所以溫度較低。升高座外壁高溫區位置空間相對較大且熱油較多，熱油熱量從本體熱油傳遞側壁面散失(熱油量大且散熱面積相對較小)，因此溫度較高。所以在電抗器套管式電流互感器下沿空道變小處溫度分界面較明顯，Fluent溫度分析發現兩者相差1.3 K左右。

3 結 論

紅外熱像能有效發現電氣設備缺陷，經容量、通流能力、結構差異等方面對比分析兩組電抗器差異性，結合紅外熱像特征，排除了漏磁渦流損耗引起外殼金屬發熱的可能性。由于Ⅰ線電抗器升高座內套管式電流互感器擠占升高座內部空間，使自然對流的空間僅有很小的孔道，此處熱油的自然對流較弱，熱量散熱不均勻，因此會引起溫度梯度較大變化，該處溫升并未超過設備允許限值，不影響設備運行。

建議運行維護人員遇到裝有套管式電流互感器的套管升高座紅外熱像分層界面現象或類似較規律的異常熱像時，結合結構、流體溫度場、熱傳遞特性綜合分析，避免出現誤判。