66 kV 干式空心電抗器短路故障整體參數試驗研究

陳 頌

（宜昌三峽送變電工程有限責任公司電網建設分公司，湖北 宜昌 443001）

干式空心電抗器是一種用于電力系統中的無源電器件，其主要功能是提供電感性負載，以限制電流的變化速度，穩定電壓和電流，并改善系統的功率因數[1]。干式空心電抗器具有高度的可靠性，長壽命，且不容易發生故障。干式空心電抗器在電力系統中扮演著重要的角色，用于控制電流波動，提高功率因數，以及保護電力設備免受過電流的影響，是現代電力系統中不可或缺的元件，有助于提高電力系統的穩定性和可靠性[2]。

1 故障簡況

500 kV 的ZH 變電站66 kV Z5號電抗器保護裝置過流Ⅱ段保護動作于2022 年11 月15 日08:49，出現斷路器跳閘的情況。變電站在當天沒有進行任何操作，也沒有設備異常信號報告，站點所在地的氣溫為11 ℃，晴天。自動電壓控制（AVC）系統自動投退66 kV Ⅲ母所連接的無功補償設備，66 kVⅢ母一次設備接線如圖1 所示。

圖1 66 kV Ⅲ母一次設備接線

2 現場檢查

2.1 電抗器檢查

根據實地檢查結果，對于66 kV Z5號電抗器中的B 相一次引出線，發現從內向外數還觀察到在第7 和第8 繞包封層之間，通風道的上端面和下端面都存在電弧過火的跡象。此外，還注意到與這些受損位置對應的過渡支座與支撐瓷瓶也有明顯的煙痕和火損。

根據維護人員對該電抗器保護測控系統的操作記錄進行核查，確認一次過流保護的第一階段在正常操作中發揮了正確的作用。在2021 年3 月進行的直流與絕緣電阻測試也通過了合格驗證。此外，在2022 年2 月的巡檢中，使用紅外熱像技術和紫外放電技術進行了檢查，結果均顯示正常。另外，還進行了內窺鏡檢查，主要針對電抗器的A 相通風道和C 相通風道進行了檢查，結果顯示，通風道內積聚了一些污物和疑似纖維狀的物品。

2.2 故障電抗器結構參數

該電抗器的型號為BKK-20000/66，是由防雨罩、線圈、絕緣瓷瓶以及玻璃鋼支柱構成，其詳細參數如表1 所示。

玻璃鋼支柱用于支撐和固定導線、絕緣子串、絕緣瓷瓶等元件。能夠承受機械載荷，確保設備在惡劣氣候和外部力量作用下保持穩定[3]。玻璃鋼支柱具有優良的絕緣性能，可防止電力設備與地之間的電氣接觸，有助于防止電氣設備的絕緣擊穿和故障，提高系統的可靠性[4]。絕緣瓷瓶能夠在高溫下保持絕緣性能，這對于高壓輸電線路和變電站等應用至關重要，不易受到電流負荷和環境溫度的影響[5]。絕緣瓷瓶通常設計成具有良好的機械強度，以承受風荷載、冰荷載和外部力量，保障電力系統的可靠性。線圈采用了11 個包封的并聯結構，共同承擔電流和電壓的分配，這樣的并聯設計可以增加電流容量和功率，提高線圈的性能和負載能力[6]。每個包封都使用了玻璃纖維作為材料，并經過浸透環氧樹脂的處理，這種材料組合固化后具有良好的絕緣性能、耐高溫性和機械強度，能夠在電力系統中長期穩定工作[7]。確保了包封的完全填充和均勻分布，提高了電氣絕緣性能，減少了局部熱點和局部放電的風險。

3 解體分析

通過現場檢查以及保護動作，推測該電抗器B相第7～第8 繞包層間出現絕緣擊穿，為了對故障原因及部位精準確認，進行解體分析。

3.1 整體參數試驗

對該電抗器B 相工頻損耗值、阻抗值以及電阻值進行測量，并對比出廠值，如表2 所示。

3.2 導線試驗

將下吊臂出線頭剔開，做好標記，保持上吊臂不動，對每根導線通斷進行測量。將上、下吊臂出線頭剔開，對各繞包封層間、股間絕緣電阻值使用500 V 兆歐表進行測量。通過結果能夠看出，第8繞包封層中導線斷裂，第7 與第8 層間與股間絕緣電阻值為0，其他均正常。

3.3 電抗器解體

該電抗器B 相一共解剖4 個繞包封層7～11 繞包封層，9～11 繞包封解體中發現通風道內出現嚴重的積灰，且有大量鳥類排泄物。

第10 繞包封層在順時針方向外表面的出線臂的第一個扇區內，從下到上分別位于1 800 mm 和900 mm 處，觀察到電力支架上的鳥類排泄物。進一步檢查后，發現電力支架上有爬電灼傷痕跡，這可能是鳥類排泄物引發的電弧放電所致。

另外，在第8 繞包封層的外表面，注意到電弧閃絡導致的穿透煙道，明顯可見鳥類排泄物和積灰。這一現象在從下到上的1 450、700 及330 mm 處都有出現。此外，外絕緣發現燒蝕孔洞與裂縫，而這些損壞位置主要分布在支撐條附近。

將第8 繞外包封4 層導線進行揭開，剔出330 mm 處的導線，發現導線包覆蓋絕緣膜無老化、無變色，且韌性良好。導線明顯出現內側輕、外側嚴重的情況，由此可得到故障的發展是由外向內。

在第7 繞包封層與第8 繞包封層相對應的位置，發現煙道貫穿的痕跡，并且在700 mm 處可見外絕緣孔洞。在進行解體分析時，4 層導線揭開發現在絕緣孔洞處，導線的最外層有2 根導線熔斷，次外層有一根導線熔斷，其他位置沒有發現損傷問題。

第8 繞包封層中，4 層導線受損，且受損情況內側比較輕，外側比較嚴重。經過包封解體分析，可以看出故障起始于第7 繞包封層與第8 繞包封層之間，起始點位于第8 繞包封層內側，與上端相距330、700、1 450 mm 處，以及外側距離上端700 mm 處，出現了電弧灼傷痕跡，這是逐步發展而來的結果。

3.4 分析故障原因

在通風道內存在毛絮及鳥類排泄物，當遇到降雪及降雨等環境時電抗器在運行中容易引發污濕放電。隨著時間的推移，這一現象逐漸惡化，將會沿著包封表面逐漸向內部進行發展，由此使得內絕緣層出現損傷，最終導致包封層間與股間發生短路。而這種短路會生成大量的導電煙塵，使得縱向爬電的情況加速發展，最終該包封層發生貫穿性故障。當電抗器發生故障時，過流保護系統的第一段動作，觸發了電抗器斷路器的跳閘操作，以保護電力系統的安全和穩定運行。

4 處理及預防措施

4.1 處理措施

該電抗器故障相更換后，進行了必要的電氣試驗。結果顯示合格，因此可以將電抗器重新并入電力系統。在復電后的運行過程中，沒有觀察到任何異常，且紅外熱像檢測也呈現正常的狀態。

4.2 預防措施

制定定期的維護計劃，包括定期巡檢和檢測，以確保電抗器的正常運行。定期檢查電抗器的外部絕緣情況，包括絕緣子和包封，以發現并及時修復絕緣損壞。

定期清潔電抗器的通風道，防止積污和雜物積累，降低污濕放電的風險。使用高質量的絕緣材料，提高電抗器的耐高溫和絕緣性能。

定期測試電抗器的絕緣電阻，確保其絕緣性能處于良好狀態。在電抗器周圍安裝鳥類防護裝置，如鳥網或鳥刺，以減少鳥類的侵害和排泄物對電抗器的影響。

定期檢查鳥類防護裝置的有效性，及時修復損壞或松動的部分。安裝環境監測設備，監測溫度、濕度和污染水平等因素，以便及時采取措施應對潮濕環境和污染。根據環境監測數據，制定相應的預防措施，例如加強絕緣材料的防潮性能。

定期進行電抗器維護，包括清潔、緊固連接件、檢查支撐瓷瓶等。

定期進行絕緣試驗，如直流電阻測量和局部放電檢測，以評估絕緣系統的健康狀況[8]。培訓維護人員和操作人員，使其了解電抗器的正常運行和維護要求。制定詳細的操作規程，確保操作人員按照正確的程序操作電抗器。始終常備備用電抗器，以便在故障發生時快速更換，減少停電時間[9]。制定緊急計劃，以便在發生故障時能夠迅速采取行動，降低損失和維護時間。