35kV干式空心并聯電抗器故障簡析

楊濤 王建偉 周文武

摘要：結合干式空心并聯電抗器的結構，介紹了兩起500 kV變電站35 kV干式空心并聯電抗器故障檢查及處理情況。通過對干式空心并聯電抗器的解體檢查、故障錄波圖和相關試驗數據分析，確定了兩起干式空心并聯電抗器故障的原因，并根據網內干式空心電抗器實際運行情況，提出了相應的維護建議。

關鍵詞：干式空心并聯電抗器;故障;原因;維護建議

中圖分類號：TM472? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）01-0030-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.008

0? ? 引言

隨著電網逐步發展，人們對電網供電可靠性及功率因數的要求越來越高，而并聯電抗器能夠提供感抗用于抵消輸電線路剩余的容性無功功率[1]，從而有效提高功率因數，因此并聯電抗器在500 kV變電站無功補償裝置中占據著重要地位。

干式空心并聯電抗器由于具有結構簡單、運行維護成本低、性價比高等顯著優點，在500 kV變電站無功補償裝置中被廣泛使用。近年來，匝間短路造成干式空心電抗器燒損的故障頻發，已經威脅到電網的安全可靠運行[2-4]。

同時，根據紅河電網對干式空心并聯電抗器運行情況的分析顯示，誘發干式空心電抗器故障的主要原因是制造工藝差，絕緣材料耐熱等級低，尤其干式空心并聯電抗器斷股的情況需重點關注。

1? ? 干式空心并聯電抗器結構

干式空心并聯電抗器線圈選用截面積較小的鋁導線立式繞制，繞制鋁線呈平行結構，多股鋁線疊加后最終繞制成多層同心式筒形線圈[5]。

紅河電網500 kV變電站采用的干式空心并聯電抗器從內到外共有14個包封，每個包封為3層結構，有內、外層絕緣包封，中間為鋁線繞制的線圈，內、外層絕緣包封為無緯玻璃絲帶及環氧樹脂膠材質。每個包封由性能良好的絕緣撐條隔開，形成上下通風氣道。其所有線圈引出線及調匝環與鋁質星形接線架連接處全部用氬弧焊焊接。干式空心并聯電抗器實質為多層鋁線圈并聯而成。

下面結合干式空心并聯電抗器的結構，就近期發生的兩起電抗器故障進行分析。

2? ? 某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器斷股

2.1? ? 斷股情況描述

對某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器進行周期性檢查和常規試驗，其直流電阻測試數據如表1所示，并附上該電抗器直流電阻歷史值，如表2所示。

分析以上數據可知，電抗器三相直阻不平衡率為1.54%，與歷史值0.76%、0.73%相比，有較大增長，并且主要表現為B相直阻較A相、C相增大。判斷可能原因為：（1）受天氣影響;（2）B相有斷股或虛接。

為了驗證天氣對不平衡率的影響，在不同的時間進行了多次試驗，試驗結果沒有多大出入，所以可以排除天氣原因。由于干式空心并聯電抗器采用多層線圈并聯繞制，導線斷股必然會改變原有的線圈直流電阻。經反復查找，發現電抗器B相一根引出線有斷裂情況，如圖1所示。經氬弧焊焊接處理后，再次進行了測試，偏差為0.93%，和三相偏差1.54%相比有顯著降低，和歷史數據相比還是有一些偏大。但將A、B兩相進行比較，可以發現A、B兩相之間的偏差和歷史值幾乎相同，經過檢修人員反復查找確認，可以判斷斷股情況已處理。

2.2? ? 斷股原因分析

2.2.1? ? 制造工藝的問題

引出線處與鋁線圈焊接時焊接工藝粗糙，留有大量毛刺，產生了較大的附加電阻，附加損耗使接線端子處溫度過高，導致絕緣劣化，長時間運行致使電抗器斷股。同時也可能存在虛焊現象。

2.2.2? ? 電壓沖擊

電抗器引出線處易受到操作電壓的沖擊，投入運行時在大電流的作用下發熱膨脹，斷電退出運行后冷卻收縮，如此反復多次，造成引出線處與包封間的焊接破損松動，在電磁振動的作用下最終可能導致電抗器斷股。

2.3? ? 斷股發展機理

干式空心電抗器采用多層并聯結構，線圈的軸向電應力為零，在穩態工作電壓下，沿線圈高度方向的電壓分布均勻，匝間平均分配相電壓。但是在斷股后，匝間電壓會局部上升。在少量斷股時，不會導致相關保護動作，但很可能導致故障擴大。長久運行將使絕緣擊穿，造成匝間短路。

3? ? 某500 kV變電站35 kV 1-1L電抗器燒毀

3.1? ? 故障情況描述

某500 kV變電站后臺機發35 kV 1-1L電抗器過流Ⅱ段動作信號，313斷路器跳閘，在主控室看見35 kV 1-1L電抗器B相上部冒出火光。

從現場35 kV Ⅰ段母線電壓錄波波形圖可知，在0時刻開始出現零序電壓，保護啟動，約在120 ms時，零序電壓逐漸增大，B相電壓逐漸減小，故障發展趨勢明顯，但未達到過流Ⅱ段保護動作時限;約在590 ms時，零序電壓逐漸減小，B相電壓逐漸恢復，過流保護Ⅱ段正確動作，故障被切除。

故障時的三相電流分別為Ia=0.938 A，Ib=1.727 A，Ic=1.110 A，電抗器過流Ⅱ段保護整定值為0.9 A，時限為0.5 s，B相電流明顯增大。該電抗器在平常巡視檢查中并未發現異常狀況，日常巡視測溫數據顯示，其本體、中心部分及頂端均符合要求。為明確該電抗器故障的具體原因，對電抗器進行了解體檢查分析，情況如下：

（1）電抗器三相本體表面絕緣涂層已出現一定粉化現象，有少量樹狀放電痕跡;B相本體頂部、底部外表面部分有黑灰，底部地面有燒焦的黑渣、燒斷的鋁線、燒熔的鋁渣。

（2）電抗器頂部引出線處無斷股現象，調匝環也未出現斷裂情況，故可排除調匝環斷裂造成電流分配不均以致起火的可能。

（3）電抗器頂部從內數的第四（從內往外數）包封及其附件的鋁排已燒斷，可判斷第一起火點為第四包封上部，如圖2所示。

（4）解剖發現第四包封的鋁線已熔化，其余包封鋁線完好，如圖3所示。

根據電抗器檢查及解體情況分析，可以判斷35 kV 1-1L干式空心電抗器起火原因為絕緣擊穿以致匝間短路，起火點為第四包封上部。

3.2? ? 電抗器燒毀原因分析

3.2.1? ? 繞制工藝的問題

干式空心電抗器在用鋁線繞制繞組時，若線軸的配重不足，鋁線繞制速度過快、受力不均勻或者機器突然停止等均可能造成鋁線松緊度和粗細不一，導致各鋁線圈電阻變化，最終造成電流分布不均。同時，絕緣層的密封性不良會導致電抗器絕緣受潮，造成絕緣降低，這些均是引起匝間短路的主要因素。

3.2.2? ? 線圈各支路電流不平衡

由干式空心電抗器結構可知，其線圈由近百條并聯鋁導線組成，個別鋁導線電流偏差較大時會造成其余鋁導線間電流分布不均衡。該鋁導線過流發熱，最終導致匝間絕緣劣化，長時間累積效應將會導致絕緣劣化，最終演化成匝間短路。

3.2.3? ? 絕緣材料選用不當

干式空心電抗器在運行時散熱不良已成為共性問題，尤其電抗器頂部為熱量集中部位。根據Montsinger絕緣材料壽命定律，對于B級絕緣材料，當溫度增加10 ℃時，絕緣材料壽命將減少一半。目前，電抗器選擇的絕緣材料耐熱等級應達到F級以上。經查閱資料，該電抗器絕緣材料耐熱等級為B級，燒毀的35 kV干式空心電抗器額定電流為1 004 A，電阻為19.73 Ω，可知其運行時功率很大，所以電抗器運行中將產生很大熱量，最終將導致絕緣材料急劇老化，引起匝間短路。

4? ? 維護建議

（1）鑒于以往干式空心并聯電抗器運行維護中發現的問題，建議試驗人員至少應每半年對電抗器進行一次直流電阻試驗，并與出廠數據進行比較，可有效發現電抗器斷股故障。檢修人員應檢查電抗器頂部調匝環和引流線的焊接處是否有斷裂或松動的情況。直阻測試時，若是兩組電抗器并排安裝，一組停電、另一組運行時，測試值會因運行的電抗器產生的磁場而導致測試不準確，因此建議兩組同時停電檢查。

（2）縮短電抗器的紅外測溫周期，紅外測溫時應對電抗器進行全面測溫，尤其應注意電抗器頂部的溫度測量。

（3）對于運行時間超過5年的35 kV干式電抗器，其外表面有龜裂或爬電痕跡的應噴涂性能優良的PRTV涂料，噴涂PRTV涂料時需徹底對電抗器外表面及通風氣道進行清理，建議采用最新的注漫技術對電抗器外表面和氣道內均勻噴涂PRTV涂料。

（4）工藝是保證電抗器可靠運行的重要條件，因此應規范供應商評價體系，選擇電抗器線圈繞制工藝優良的制造廠商。

（5）技術協議應對絕緣材料性能及耐熱等級提出相應要求，選擇阻燃性較好的電抗器產品。同時，加強與廠家的技術交流及合作也是探求解決方案的有效手段。

（6）干式空心并聯電抗器的散熱問題應納入重點研究范疇，通過電抗器在線監測及狀態感知手段，提前發現電抗器隱患。

5? ? 結語

干式空心并聯電抗器故障類型多種多樣，大部分故障均為廠商制造工藝差，絕緣材料耐熱等級不滿足要求所致。為保障干式空心并聯電抗器可靠運行，不僅要從源頭出發，提升電抗器制造工藝，選擇優良的絕緣材料，同時在運行維護過程中還要加強監護，也可通過科技創新等手段改善電抗器的運行環境，最終保證電網的可靠運行。

[參考文獻]

[1] 6 kV～35 kV級干式并聯電抗器技術參數和要求：JB/T 10775—2007[S].

[2] 楊建立，田程濤，黃小華，等.一起干式空心并聯電抗器故障原因分析[J].電力電容器與無功補償，2017，38（6）：87-90.

[3] 黃斌，徐姍姍，田國穩，等.干式空心并聯電抗器故障原因分析及防范措施[J].電力電容器與無功補償，2019，40（4）：76-79.

[4] 蔡林輝.500 kV變電站35 kV母線并聯電抗器燒損原因分析及處理[J].電工技術，2019（5）：66-68.

[5] 沈映.干式電抗器繞組直流電阻不平衡率與導線斷股分析[J].云南電力技術，2012，40（6）：86-88.

收稿日期：2021-09-22

作者簡介：楊濤（1989—），男，云南嵩明人，工程師，主要從事變電檢修工作。