一起1 000 kV并聯電抗器局部放電缺陷的診斷分析

馮清源，林 峰，馮新巖

（1國網濟南市長清區供電公司，山東 濟南 250000；2國網山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250018）

0 引言

并聯電抗器是高電壓、遠距離交流輸電系統中不可或缺的重要設備，用來補償輸電線路上的充電電流，削弱電容效應，限制系統工頻電壓升高和操作過電壓，并可消除同步發電機帶空載長線時產生的自勵磁現象［1-3］。特高壓輸電線路的充電功率大，單位長度輸電線路充電功率約為500 kV輸電線路的4～5 倍［4-6］，需要并聯電抗器進行無功補償。因此，特高壓并聯電抗器（以下簡稱電抗器）安全運行，對特高壓輸電線路的可靠運行具有重要意義［7］。

局部放電是電抗器上較容易出現的絕緣缺陷，特高壓并聯電抗器現場安裝后，難以像變壓器一樣開展脈沖電流法局部放電試驗［8-9］，因此對運行中的電抗器開展局部放電帶電檢測就顯得尤為重要［10-13］。常見的帶電檢測方法主要有油中溶解氣體分析法、超聲波局部放電檢測法、高頻脈沖電流局部放電檢測法以及特高頻局部放電檢測法［14-17］。每種檢測方法均有各自的優缺點，單靠其中一種檢測手段往往很難對某些局部放電故障和缺陷進行有效的狀態評估和精確定位［18-21］，因此利用多種檢測手段進行綜合診斷分析可取得更準確的故障診斷結果。

1 概況

在對某變電站中一臺在運1 000 kV 并聯電抗器進行絕緣油溶解氣體檢測時，發現油中出現乙炔，且有緩慢增長趨勢。CO、CO2及其他烴類氣體變化不明顯。該設備2019-12-10 至2020-03-05 期間的油色譜試驗結果如表1所示。

表1 1 000 kV并聯電抗器氣相色譜數據表 單位：μL/L

發現乙炔后，運維人員使用鉗形電流表測量鐵芯及夾件的接地電流，發現該電抗器X 柱鐵芯與夾件接地電流均出現增長，在700～900 mA 之間波動變化，其中夾件接地電流始終比鐵芯接地電流大90 mA。其他正常相X 柱鐵芯與夾件接地電流分別在50 mA與120 mA 左右。該電抗器為雙器身結構，分為A 柱和X柱，X柱內部結構如圖1所示。

圖1 X柱內部結構

根據油色譜試驗結果和鐵芯夾件接地電流檢測及各相對比情況，初步分析判斷該電抗器內部存在局部放電現象，且放電可能是由于并聯電抗器X 柱鐵芯與夾件絕緣不良引起。

2 現場診斷分析

2.1 高頻局部放電檢測

現場使用局部放電診斷定位裝置對并聯電抗器進行高頻局部放電檢測，將兩個高頻電流傳感器按照相同方向分別接在異常電抗器X 柱鐵芯與夾件的接地引下線上，在高速示波器上觀察高頻脈沖電流信號。檢測過程中，發現始終存在極性相反、頻率較高（約2.5～3 MHz）的高頻脈沖電流，如圖2所示，其中紫色信號為夾件高頻電流傳感器采集到的信號，綠色信號為鐵芯高頻電流傳感器采集到的信號，黃色信號為夾件接地電流。根據高頻電流頻率、信號極性相反的特征，可判斷并聯電抗器內部存在放電現象，且放電可能發生在鐵芯、夾件之間。

圖2 高頻電流信號波形

為進一步判斷高頻電流相位關系，引入并聯電抗器的夾件接地電流，并在10 ms時基下觀察信號波形，如圖3 所示。從圖中可看到，放電發生在電流接近峰值處，正負半波各發生一次，相位穩定。

圖3 10 ms時基下高頻電流波形

現場使用PDCHECK 等儀器對高頻電流進行檢測，均檢測到鐵芯與夾件極性相反的高頻電流，高頻電流相位分布（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）如圖4所示。

由圖4可看到，在鐵芯與夾件上分別檢測到的高頻電流信號，具有幅值接近，相位穩定，極性相反的特征。

圖4 PDCHECK檢測高頻電流PRPD

2.2 鐵芯夾件工頻接地電流檢測

現場對并聯電抗器進行鐵芯夾件工頻接地電流檢測，將兩個工頻鉗形電流傳感器分別接在X 柱鐵芯與夾件接地引下線，與高頻電流傳感器同時檢測鐵芯與夾件接地引下線上的工頻接地電流及高頻脈沖電流。示波器10 ms 時基下檢測波形如圖5 所示，其中黃色、綠色信號分別為夾件和鐵芯接地引下線上的工頻電流信號，紫色、紅色信號分別為夾件與鐵芯接地引下線上的高頻脈沖電流信號。

圖5 10 ms時基下工頻及高頻電流波形

從工頻接地電流波形分析，鐵芯與夾件上存在大小交替變化、不規則的周期性信號，信號變化周期為20 ms。幅值較小的信號段，鐵芯與夾件電流按照極性相同的正弦波規律變化，幅值較大的信號段，鐵芯與夾件電流按照極性相反的正弦波規律變化。由此可判斷，X柱鐵芯與夾件存在周期性觸碰現象。觸碰發生前，兩者接地引下線流過正常的接地電流，電流極性相同。觸碰發生后，鐵芯與夾件之間產生較大的環流，在兩者接地引下線上電流極性相反。持續約5 ms時間后，鐵芯與夾件分離，恢復正常接地電流，約5 ms后再次觸碰，如此循環發生。

同時，由圖5 可以看出，高頻放電電流信號出現在接地電流由極性相反的大電流變為極性相同的小電流的瞬間，可判斷在鐵芯與夾件之間環流斷開的瞬間，發生放電現象。

綜上分析，判斷放電原因可能為鐵芯與夾件之間距離過小或兩者之間絕緣損壞，在磁致收縮效應下，兩者間發生周期性觸碰放電現象。

2.3 特高頻、高頻局部放電聯合定位

由于高頻脈沖電流法無法準確定位，現場采用特高頻、高頻局部放電聯合定位的方法對放電位置進行定位。具體如圖6 所示，將黃色、藍色高頻電流傳感器放置在X 柱的夾件及鐵芯處來采集高頻放電信號，將紅色、綠色特高頻傳感器放置在并聯電抗器A面上部油箱縫隙處，采集從內部傳出來的特高頻放電信號。以高頻電流觸發采集特高頻信號，可檢測到與異常高頻信號對應的特高頻放電信號，通過不斷移動特高頻傳感器直至兩個特高頻傳感器所測信號波形重合，波形如圖7 所示，說明信號位于兩傳感器中間線所在平面，實際位置為并聯電抗器A 面中間線所在平面。

圖6 高頻、特高頻傳感器放置位置

圖7 高頻、特高頻信號波形

并聯電抗器B 面進行聯合定位，將紅色、綠色特高頻傳感器放置在并聯電抗器B 面上部油箱縫隙繼續定位。但現場由于縫隙處傳出來的特高頻放電信號較弱，不能采集到有效的放電信號，無法精確定位，根據特高頻時間領先法，可大致估算出放電位置位于距電抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面上。

綜上分析，采用特高頻、高頻局部放電聯合定位的方法大致判斷出放電位置在距電抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面與A 面中間線所在平面的交匯直線上。

2.4 高頻、超聲波局部放電聯合定位

采用聲電聯合法對放電信號進一步定位。使用超聲波傳感器在并聯電抗器A 面中心位置自上而下檢測，發現在該區域中上部可檢測到與高頻信號相對應的超聲波信號，聲信號落后于電信號約1 ms，如圖8所示。由此可估算放電源距A面油箱壁約1.4 m，參照并聯電抗器內部結構圖，可知具體位置位于X柱鐵芯上部位置。

圖8 高頻信號與超聲波信號對應

綜合分析，通過對并聯電抗進行特高頻局放檢測、高頻電流局放檢測、以及聯合定位等，確定了放電位置位于X柱鐵芯上部。

通過高頻電流和工頻電流聯合檢測，可判斷出放電原因為并聯電抗器鐵芯與夾件之間絕緣不良，存在周期性觸碰、放電現象。結合放電定位、原因，并參考并聯電抗器內部結構，具體放電原因是可能由于器身上部磁屏蔽（通過夾件接地）與鐵芯之間絕緣不良，或芯柱上屏蔽與鐵芯之間絕緣不良造成。

3 現場處理

由于乙炔含量不大，增長趨勢較慢，且設備承擔負荷較重，短期不能退出運行。現場采取安裝限流電阻的方式來降低環流并限制放電，并通過安裝重癥監護系統，如圖9 所示。實時跟蹤監測故障發展趨勢。

圖9 限流電阻裝置及重癥監護系統

限流電阻的選擇根據現場實時測量鐵芯夾件接地電流的大小，以及高頻脈沖電流的大小來確定。經過多次調整，鐵芯串接25 Ω 電阻，夾件串接10 Ω電阻。接入電阻后，鐵芯及夾件接地電流均大幅下降，其中鐵芯減小至54 mA，夾件減小為122 mA，與正常相基本相同。同時，高頻放電信號變得非常小，幅值降低到原來的1/5。這也進一步間接驗證鐵芯與夾件接地電流增大是由于兩者之間絕緣不良產生環流引起，也可以驗證之前分析和判斷的準確性。

4 結語

并聯電抗器出現乙炔，X 柱鐵芯、夾件接地電流增大的情況，分析為X 柱鐵芯夾件之間絕緣不良，存在周期性觸碰放電引起。通過串聯限流電阻，已將電流限制到正常值，放電也得到一定限制。

并聯電抗器運行中開展絕緣油溶解氣體分析，高頻電流局放檢測、特高頻局放檢測等帶電檢測手段，對發現內部缺陷，定位放電位置，保證電抗器安全運行有著重要作用。

1 000 kV并聯電抗器因振動大，鐵芯與夾件上容易出現局部放電缺陷，在設計及制造過程中應引起重視。