電抗器的運(yùn)行維護(hù)及檢修

■ 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 周偉 張麗 劉媛媛

1 電抗器的用途及類型

電抗在電路中是用于限流、穩(wěn)流、無功補(bǔ)償及移相等的一種電感元件。從用途上可分為兩種：一是限制系統(tǒng)的短路電流，通常裝在出線端或母線間，使得在短路故障時，故障電流不致于過大，并能使母線電壓維持在一定的水平，用于限制短路電流的電抗器稱為限流電抗器；二是補(bǔ)償系統(tǒng)的電容電流，在330kV及以上的超高壓輸電系統(tǒng)中應(yīng)用，補(bǔ)償輸電線路的電容電流，防止線端電壓升高，從而使線路的傳輸能力和輸電線的效率都能提高，并使系統(tǒng)的內(nèi)部過電壓有所降低，用于補(bǔ)償電容電流的電抗器稱為補(bǔ)償（或并聯(lián)）電抗器。另外，在并聯(lián)電容器的回路通常串聯(lián)電抗器，它的作用是降低電容器投切過程中的涌流倍數(shù)和抑制電容器支路的高次諧波。同時還可以降低操作過電壓，在某些情況下，還能限制故障電流。

電抗器的結(jié)構(gòu)可分為三大類，分別是：空心電抗器、帶氣隙的鐵心電抗器和鐵心電抗器。

1.1 空心電抗器

這種電抗器只有繞組但無鐵心，實際上就是一個空心的電感線圈，磁路磁導(dǎo)小、電感值也小，且不存在磁飽和現(xiàn)象，它的電抗值在繞組匝數(shù)、形狀以及頻率不變的情況下，始終是一個常數(shù)，不隨其中通過電流的大小而改變。如限制電力系統(tǒng)短路電流的電抗器（包括分裂電抗器）、高壓輸電線路載波回路用的阻波器等就屬于這種結(jié)構(gòu)。

1.2 帶氣隙的鐵心電抗器

其磁路是一個帶氣隙的鐵心，帶氣隙的鐵心柱外面套有繞組。由于磁路中具有部分鐵心，導(dǎo)磁性能較好，所以電抗值比空心電抗器大，但超過一定電流后，由于鐵心飽和，電抗值逐漸減小。在容量相同時，其體積比空心電抗器小。常用的消弧線圈、補(bǔ)償線路電容電流的并聯(lián)電抗器、大型電機(jī)降壓啟動用的電抗器、整流電路用的平整波紋電抗器與電爐變壓器匹配用的電抗器等，均屬于這種結(jié)構(gòu)。

1.3鐵心電抗器

其磁路為一閉合鐵心，由于鐵心具有高的磁導(dǎo)率，電抗器的電抗值很大，在容量相同的情況下，其體積最小。但因鐵心的磁導(dǎo)率是隨著線圈通過的電流大小而變化，尤其是當(dāng)電流較大而使鐵心達(dá)到飽和時，電抗器的電抗值減小的很多，這種電抗值隨電流變化的性質(zhì)對使用者帶來一定的不方便。一般形聯(lián)結(jié)的整流電路中用的平衡電抗器、調(diào)壓和調(diào)節(jié)功率用的飽和電抗器、動圈式諧振電抗器等均采用這種鐵心結(jié)構(gòu)。

2 限流電抗器的種類及特點

2.1混凝土柱式電抗器

電壓在20kV及以下，電流為150-3000A的電抗器常作空心混凝土結(jié)構(gòu)，線圈繞組繞好后，用混凝土澆注成一個牢固的整體。這種結(jié)構(gòu)制造簡單、成本低，運(yùn)行可靠、維護(hù)方便，屬于戶內(nèi)裝置，一般都作成單相。組成三相時，有三種排列方式，即三個單相自下而上重疊垂直排列；兩相重疊，一相并列；三相并列水平排列。為了減小相間絕緣的支持瓷瓶承受的拉伸力，在三相重疊的排列時，中間相電抗器的繞組應(yīng)與上下兩相繞組的繞向相反；在兩相重疊一相并列的情況時，相重疊的兩相電抗器繞組的繞向要相反。

對400A以上的電抗器，其線圈均用兩根以上的電纜并列繞制。為使并繞電纜的電流分配均勻，各并聯(lián)電纜繞制時，要進(jìn)行換位。

2.2 分裂電抗器

帶有中間抽頭的混凝土電抗器稱為分裂電抗器。分裂電抗器在使用時，中間端子接電源，首末兩端接負(fù)載。正常工作時，分裂電抗器的臂（即兩支路）電流方向相反，而兩臂線圈繞向又相同，因此兩臂產(chǎn)生的磁通是相互削弱的，這樣使得電抗器兩臂的有效電抗值很小。另一臂的電流比起短路臂的電流來說仍然很小，所產(chǎn)生的互感磁通對短路臂的影響可以忽略，因此短路臂的有效電抗很大，起著顯著的截流作用。

2.3 油浸式限流電抗器

油浸式電抗器多用于戶外35kV電壓等級，由于電抗器處在鐵制的油箱內(nèi)，漏磁通會在箱壁上造成損耗和發(fā)熱，為了減小箱壁損耗和發(fā)熱，在箱壁內(nèi)裝有磁分路或磁屏蔽。

3 并聯(lián)電抗器的種類及特點

充油電抗器的外形與變壓器相似，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。變壓器的繞組有一次繞組和二次繞組，鐵心磁路中沒有氣隙，而電抗器只是一個磁路帶氣隙的電感線圈。由于系統(tǒng)運(yùn)行的需要，要求電抗器的電抗值在一定范圍內(nèi)恒定，即電壓與電流關(guān)系是線性的，所以，并聯(lián)電抗器磁路中必須帶有氣隙。

并聯(lián)電抗器按鐵心的結(jié)構(gòu)可分為兩種，即殼式電抗器和心式電抗器。

3.1殼式電抗器

殼式電抗器線圈中的主磁通是空心的，不放置導(dǎo)磁介質(zhì)，也就是線圈內(nèi)無鐵心，在線圈外部裝有用硅鋼片疊成的框架（鐵軛）以引導(dǎo)主磁通。一般殼式電抗器磁通密度較低，為1.5～1.6倍的額定電壓，飽和后的動態(tài)電感仍為飽和前的60%以上。

殼式電抗器由于沒有主鐵心，電磁力小，相應(yīng)的噪聲和振動比較小，而且加工方便，冷卻條件好，由于鐵軛屏蔽了線圈，外部漏磁通小，油箱和其他金屬構(gòu)件中的附加損耗小。但殼式結(jié)構(gòu)線圈內(nèi)無鐵心，磁通密度低，要達(dá)到一定的電抗值，則要比心式匝數(shù)多，這樣，增加了銅的用量，銅、鐵損耗也增加，有效材料也要增加。另外，殼式電抗器的線圈通過磁通的輻向分量較大，所以線圈中的附加損耗往往達(dá)到線圈電阻損耗的75%～100%，大于心式電抗器。

3.2心式電抗器

心式電抗器具有帶多個氣隙的鐵心，外套線圈。氣隙一般由不導(dǎo)磁的硯石組成。由于其鐵心磁通密度高，因此材料消耗少，結(jié)構(gòu)緊湊，自振頻率高，存在低頻共振的可能性較少。心式結(jié)構(gòu)通常在1.2～1.3的額定電壓才能出現(xiàn)飽和。主要缺點是加工復(fù)雜，技術(shù)要求高，振動和噪聲較大。

目前我國制造的高電壓大容量并聯(lián)電抗器只采用心式結(jié)構(gòu)。

并聯(lián)電抗器可按需要作成單相或三相結(jié)構(gòu)。三相電抗器可以節(jié)省材料，附屬設(shè)備簡單，價格便宜，但三相三柱式電抗器的磁路結(jié)構(gòu)有明顯的問題。由于三相電抗器的磁路連在一起，互相影響，當(dāng)三相輸電線路非全相運(yùn)行時，有可能因相間耦合帶來諧振和過電壓等不良后果。另外采用單相重合閘時，在單相斷開后另外兩相產(chǎn)生的磁通將通過斷開相的鐵心，在斷開相的繞組感應(yīng)出一個電壓，該電壓將使故障相的潛供電流增大，不利于熄弧。500kV及以上電壓等級的并聯(lián)電抗器，由于相間絕緣問題及熱量較大，所以大多數(shù)采用單相結(jié)構(gòu)。

由于并聯(lián)電抗器的鐵心有氣隙，氣隙對磁通通過的阻力比鐵心大得多，所以磁力線通過硅鋼片進(jìn)入氣隙時，存在著明顯的氣隙邊緣磁通擴(kuò)散現(xiàn)象（即漏磁）。電抗器磁場有如下規(guī)律：①在鐵軛框架范圍內(nèi)與鐵軛平行的空間，由于鐵軛框架的存在，漏磁少；② 在垂直于鐵軛框架空間，兩側(cè)鐵心不能吸收這部分漏磁，漏磁多。由于并聯(lián)電抗器內(nèi)存在著大量空間漏磁，當(dāng)它穿過金屬件時會產(chǎn)生渦流，渦流的熱效應(yīng)會使金屬件升溫，為了降低漏磁的危害，可在電抗器外殼內(nèi)壁采取磁屏蔽。

并聯(lián)電抗器外殼可分為鐘罩式和平頂式。鐘罩式電抗器的外殼與底部用螺栓連接，現(xiàn)場檢修時只需拆除底部螺栓，吊起鐘罩即可。平頂式外殼多半采用全部焊成密封結(jié)構(gòu)，密封性能較好，但現(xiàn)場檢修時必須割開焊縫，施工較困難。

電抗器的冷卻方式為油浸式，免去了油泵附屬設(shè)備，運(yùn)行維護(hù)比較方便和簡單，在變電站失去所用電時也不影響并聯(lián)電抗器的運(yùn)行，超高壓并聯(lián)電抗器的外殼及散熱片均能承受全真空。為了保證并聯(lián)電抗器的安全運(yùn)行，并聯(lián)電抗器宜采用膠囊或隔膜式儲油柜，還應(yīng)裝設(shè)壓力釋放閥、溫度測量系統(tǒng)、油位指示器，氣體繼電器及其他保護(hù)裝置。

4 電抗器運(yùn)行注意事項

4.1電抗器在安裝運(yùn)行前應(yīng)認(rèn)真查看并合理安裝

電抗器在運(yùn)行前應(yīng)對其外表認(rèn)真查看，檢查電抗器在吊裝時繞組引出線是否被碰傷，電抗器外表是否有撞傷。然后根據(jù)按照規(guī)程進(jìn)行試驗并按照制造廠的安裝圖樣進(jìn)行安裝。電抗器在安裝時確保連接螺栓全部擰緊；在絕緣子與支座板之間墊上橡膠墊，使每只絕緣子受力均勻。在電抗器底座與水泥基礎(chǔ)連接方式上，建議采用槽鋼與基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板焊接的方法。

電抗器現(xiàn)場安裝后。要加設(shè)防護(hù)金屬圍欄和接地線。切勿將圍欄閉合。一定要在適當(dāng)處將其斷開；連接接地線時，不要將接地線在電抗器的下方形成閉合回路。

4.2 對室內(nèi)運(yùn)行的電抗器要經(jīng)常檢查室內(nèi)環(huán)境溫度

電抗器運(yùn)行時，其產(chǎn)生的熱量要及時散發(fā)。電抗器安裝在室內(nèi)時，運(yùn)行檢測人員要經(jīng)常觀察電抗器室的運(yùn)行環(huán)境溫度。避免因散熱不好造成環(huán)境溫度過高的現(xiàn)象，必要時應(yīng)在電抗器室內(nèi)安裝溫度報警器，以便室內(nèi)通風(fēng)不良造成溫度過高時及時發(fā)出告警。

4.3 電抗器運(yùn)行噪聲

干式空心電抗器由于其自身的結(jié)構(gòu)特點，運(yùn)行中的噪聲很小，一般為50dB左右。如果在運(yùn)行過程中發(fā)覺電抗器噪聲出現(xiàn)增大現(xiàn)象，一般是由以下原因造成的。

（1）安裝時未將螺栓全部擰緊。

（2）電抗器通風(fēng)道中掉進(jìn)了金屬物，如螺栓、螺母、導(dǎo)線等。

（3）由于電抗器接線端部位的磁場較強(qiáng)，當(dāng)采用電纜連接時，電纜頭插入接線端后未壓緊，造成松散導(dǎo)線在強(qiáng)磁場下產(chǎn)生振動。

4.4 定期清理電抗器表面

應(yīng)定期對電抗器表面進(jìn)行清理，清理方法可采用擦拭、高壓氣吹或在晴天時用適當(dāng)壓力的水槍先進(jìn)沖洗。注意：如果電抗器表面涂的是RTV涂料，清理方法最好在晴天時用適當(dāng)壓力的散射式水槍進(jìn)行沖洗，這樣不會破壞RTV涂料表面的憎水性。

4.5 電抗器進(jìn)行電磁兼容

某些高壓補(bǔ)償裝置中的空心電抗器，對變電所中其他設(shè)備（如計算機(jī)）有電磁干擾超出凈磁區(qū)。為了減少電磁干擾，可采用增加屏蔽鋼板的厚度和增加屏蔽層兩種辦法。采用多層屏蔽的效果比增加鋼板厚度要好。多層屏蔽的屏蔽層之間并不是彼此直接接觸，而是隔有一定的空間。這個空間可以是空氣，也可以是任何介質(zhì)材料。

5 電抗器的故障處理及維護(hù)

電抗器出現(xiàn)下列故障時要及時進(jìn)行維護(hù)處理。

5.1 電抗器局部發(fā)熱

若發(fā)現(xiàn)電抗器有局部發(fā)熱現(xiàn)象，則應(yīng)減少該電抗器的負(fù)荷，并增強(qiáng)通風(fēng)，必要時可采取臨時措施，加裝強(qiáng)力風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻，待有機(jī)會停電時再進(jìn)行消除缺陷工作。

5.2 電抗器支持瓷絕緣子等故障的處理

若發(fā)現(xiàn)水泥支柱損傷、支持瓷絕緣子有裂紋、線圈凸出和接地時，則應(yīng)用備用電抗器，或斷開線路斷路器將故障電抗器停用，并進(jìn)行修理，待缺陷消除后再投入運(yùn)行。

5.3 電抗器燒壞

如發(fā)現(xiàn)電抗器水泥支柱和支持瓷絕緣子斷裂以及電抗器部分線圈燒壞等現(xiàn)象時，應(yīng)首先檢查繼電保護(hù)是否動作，如保護(hù)為動作，則應(yīng)手動斷開電抗器的電源，停用故障電抗器，將備用電抗器投入運(yùn)行。

5.4 電抗器表面放電

干式空心并聯(lián)電抗器在干燥狀態(tài)下不存在任何形式的表面放電現(xiàn)象。但在降雨時，溫升較低的部位出現(xiàn)會導(dǎo)電性水膜盒較大的表面泄漏電流，在表面泄漏電流集中的端部匯流鋁排附近，以及腰部表面的瑕點會出現(xiàn)污濕放電現(xiàn)象，并逐漸產(chǎn)生漏電痕跡。憎水性涂層則可大幅度抑制表面泄漏電流，防止任何形式的表面放電。端部預(yù)埋環(huán)形均流電極的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施可克服下端表面泄漏電流集中現(xiàn)象，即使不噴涂憎水性涂層或者憎水性涂層完全失效，也能防止電極附近干區(qū)出現(xiàn)電弧。頂戴防雨帽和外加防雨夾層，可在一定程度上抑制表面泄漏電流，是目前較好的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施。

5.5 電抗器高壓套管升高螺釘斷裂

故障第一個原因是本體的振動頻率與均壓環(huán)的振動頻率不一致。均壓環(huán)因為有變壓器油的阻尼作用，其振動頻率降低，加上均壓環(huán)為單點、鋁片焊接，其機(jī)械強(qiáng)度相對較差。在長期運(yùn)行中，電抗器接地片（鋁片、焊接）受與均壓環(huán)振動頻率不一致的振動影響，發(fā)生金屬疲勞，產(chǎn)生裂紋。解決方法為，將升高座與本體盡量固定，減少振動不同步；故障的第二個原因是磁漏較大產(chǎn)生的環(huán)流發(fā)熱，以及高壓出線的設(shè)計缺陷和螺釘?shù)谋砻嫜趸箚蝹€螺釘內(nèi)產(chǎn)生局部渦流發(fā)熱而導(dǎo)致其機(jī)械強(qiáng)度下降。解決方法是將升高座的固定螺釘更換為不銹鋼螺釘，減少漏磁的影響。

5.6 氣相色譜分析法診斷電抗器故障

一般充油電氣設(shè)備內(nèi)的絕緣油及有機(jī)絕緣材料在熱和電的作用下會逐漸老化和分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類及WO2、WO等氣體并溶解在油中，當(dāng)存在潛伏性過熱或放電故障時，這些氣體的產(chǎn)生速度就會加快。因此，在設(shè)備運(yùn)行過程中采用氣相色譜分析法定期分析溶解于油中的氣體，根據(jù)氣體的組份和各種氣體的含氣量及其逐年的變化情況等，可以判斷故障可能的種類、部位和程度等，能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛伏性故障，并隨時掌握故障的發(fā)展情況。

5.7 氣體常見故障

鐵芯電抗器運(yùn)行故障多為運(yùn)行中振動大，引起緊固件松動、噪聲偏大，一般只需對緊固件再次緊固即可。另外還有鐵心氣隙分布設(shè)計不合理引起的局部溫升過高；空心電抗器局部溫升過高，導(dǎo)致絕緣損壞擊穿，局部放電電弧燒毀，造成匝間短路，線圈被雨淋后出現(xiàn)包封表面爬電、過電壓等。鐵心電抗器出現(xiàn)故障時可以進(jìn)行分解檢修，更換損壞的部件；而空心電抗器如果線圈包封內(nèi)部出現(xiàn)故障，通常無法修復(fù)，只能整體報廢。鐵心電抗器的故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空心電抗器，而且具有較高的可靠性。

綜上所述，我們可以知道，電抗器的運(yùn)行維護(hù)及檢修重要性和必要性。在實際應(yīng)用中，應(yīng)全面考慮種種因素的影響，給電抗器提供必要的運(yùn)行條件，發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時解決。盡可能減少電抗器使用過程中存在的隱患。那么，電抗器就能夠正常穩(wěn)定的工作。

[1].芮靜康 主編 《常見電氣故障的診斷與維修》機(jī)械工業(yè)出版社 2007年5月[2] 雷玉貴 主編 《變電檢修》 中國水利水電出版社 2006年5月[3] 陳家斌 主編 《變電運(yùn)行與管理技術(shù)》中國電力出版社 2004年5月