干式空心并聯(lián)電抗器多起損壞原因分析

王耀龍

（云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司，昆明 650217）

20世紀(jì)70年代末期，干式電抗器開(kāi)始在國(guó)內(nèi)使用，80年代國(guó)內(nèi)廠家開(kāi)始引進(jìn)技術(shù)并進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研究。干式電抗器相對(duì)油抗具有電感線(xiàn)性度好，重量輕、易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)[1]，而在電網(wǎng)中使用較普遍?？招碾娍箖?yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生磁飽和問(wèn)題，缺點(diǎn)是在運(yùn)行中設(shè)備周?chē)拇艌?chǎng)比較強(qiáng)、周?chē)饘僖桩a(chǎn)生渦流和形成環(huán)流及產(chǎn)生電磁干擾、占用空間較大等，適合室外使用。近年來(lái)，干式電抗器在使用中損壞較多，也多見(jiàn)報(bào)道[2-3]。

本文將結(jié)合多起干式空心并聯(lián)電抗器損壞實(shí)例，對(duì)損壞的原因進(jìn)行分析，并提出了防范措施。

1 案例

1.1 案例1

某500kV 變電站某日下午15 點(diǎn)左右，變電站值班員在巡視中發(fā)現(xiàn)35kV 1 號(hào)主變2 號(hào)電抗器B相基座上熔有銀白色金屬，防雨罩下表面有燒黑痕跡。此時(shí)電抗器還在運(yùn)行中，查看電流、電壓等情況，無(wú)明顯異常。值班員立即報(bào)告調(diào)度，經(jīng)許可后將該電抗器轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)。經(jīng)檢查為電抗上部調(diào)匝環(huán)燒毀，經(jīng)返廠后修復(fù)。該設(shè)備為新投設(shè)備，投運(yùn)時(shí)間1年左右。該電抗容量為20000kvar，額定電壓34.5kV。

圖1 干抗損壞情況

1.2 案例2

某500kV 變電站某日，35kV 1-2L 低壓電抗器過(guò)流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)35kV 1-2L 低壓電抗器斷路器。錄波圖顯示，故障后870ms 過(guò)流ΙΙ 段動(dòng)作三相跳閘。

35kV 1-2L 低壓電抗器A 相上部防雨罩有煙熏痕跡，第1 與第2 包封間一氣道的引拔棒掉落地上；A 相電抗器下部靠?jī)?nèi)側(cè)第1、第2 包封間局部有過(guò)火較重，第3、第4 包封端部局部過(guò)火，損傷較輕。

圖2 電抗器下部鋁排（正面）

圖3 電抗器下部放電痕跡

圖4 下部鋁排（背面）

圖5 上部第一包封出線(xiàn)熔斷及放電痕跡

觀察燃燒嚴(yán)重的氣道內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)該氣道內(nèi)第1包封與第2 包封表面已經(jīng)燒黑，其中第1 包封表面向第2 包封方向鼓出，鼓出位置約為第1 包封軸向的中部位置；疑似第1 包封中部位置存在故障。經(jīng)解體后發(fā)現(xiàn)第1 包封中部存在匝間放電斷線(xiàn)情況。

該組設(shè)備自投運(yùn)至損壞運(yùn)行時(shí)間共兩個(gè)月，投運(yùn)以來(lái)該組電抗最大運(yùn)行電壓為38.23kV（該電抗額定電壓為34.5/ 3 kV，容量為20000kvar）。

1.3 案例3

某500kV 變電站3月1日00:12:54，35kV3 號(hào)低壓電抗器ΙΙ 段過(guò)流動(dòng)作（時(shí)限0.5s）,該組干抗斷路器跳閘。避雷器未動(dòng)作。該電抗器僅投運(yùn)幾天即發(fā)生損壞。該電抗額定電壓為34.5/ 3 kV，容量為20000kvar。

圖6 干抗損壞情況

圖7 干抗解剖情況（第8 包封內(nèi)側(cè)）

1.4 案例 4

在連續(xù)發(fā)生多起電抗器損壞后，對(duì)運(yùn)行中的干式空心電抗進(jìn)行了檢查。檢查中發(fā)現(xiàn)3 起干式電抗器包封引出線(xiàn)外部斷線(xiàn)。外部斷線(xiàn)的電抗在運(yùn)行中尚未發(fā)生任何異常，之后對(duì)斷線(xiàn)進(jìn)行了補(bǔ)焊修復(fù)。

2 原因分析

干式空心電抗器的損壞原因主要有局部溫升過(guò)高、匝間絕緣擊穿等。這些原因最終引起匝間短路形成閉合回路，在電磁感應(yīng)作用下產(chǎn)生很大的環(huán)流，使鋁線(xiàn)溫度迅速升高并熔化（形成較大的熔洞或局部導(dǎo)線(xiàn)熔化）。若故障點(diǎn)在包封中，則會(huì)迅速產(chǎn)生火焰并向氣道兩側(cè)噴出，致使缺陷擴(kuò)大使電抗器燒損。

2.1 材料質(zhì)量及工藝控制原因

電抗器設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能使導(dǎo)線(xiàn)與絕緣材料膨脹系數(shù)相近，避免產(chǎn)生絕緣開(kāi)裂。通常選用鋁線(xiàn)而不選用銅線(xiàn)，是因?yàn)殂~線(xiàn)膨脹系數(shù)與絕緣材料的相差較大，易開(kāi)裂[4]。空心電抗器采用鋁線(xiàn)進(jìn)行繞制，鋁線(xiàn)可能存在起皮、夾渣、毛刺等缺陷，或在繞制過(guò)程中引起鋁線(xiàn)損傷；這些有可能引起運(yùn)行中導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)、放電損傷匝間絕緣。

目前空心電抗繞制基本采用濕法繞制，即電磁線(xiàn)及玻璃纖維等絕緣填充材料經(jīng)過(guò)未凝膠固化的環(huán)氧樹(shù)脂浸潤(rùn)后一起繞制，繞制完成后置入高溫烘爐進(jìn)行固化。這種方法對(duì)環(huán)境的溫度、濕度要求較高，繞制中控制不嚴(yán)容易吸潮及帶入雜質(zhì)。

若鋁線(xiàn)焊接質(zhì)量不良，可引起包封局部溫度過(guò)高或斷線(xiàn)等。

2.2 設(shè)計(jì)欲度

因匝間絕緣強(qiáng)度足以承受2 倍的過(guò)電壓，因此電抗器投切過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電壓不是故障的原因[3]。

運(yùn)行中會(huì)存在電抗器在高于額定運(yùn)行電壓下運(yùn)行的情況（此電壓低于最高系統(tǒng)運(yùn)行電壓），此時(shí)若設(shè)計(jì)時(shí)導(dǎo)線(xiàn)的電流密度選的過(guò)大，將會(huì)使電抗器各包封溫升升高，引起整體發(fā)熱；若存在異常熱點(diǎn)，將可能導(dǎo)致匝間絕緣損壞直至電抗器損壞。因此，制造廠應(yīng)合理選擇設(shè)計(jì)欲度，避免在系統(tǒng)電壓較高下包封出現(xiàn)異常溫升而損傷絕緣情況發(fā)生。

2.3 斷線(xiàn)的原因

斷線(xiàn)的部位主要有包封外部引出線(xiàn)斷線(xiàn)與包封內(nèi)部斷線(xiàn)。包封外部斷線(xiàn)的原因主要有運(yùn)輸、安裝過(guò)程中導(dǎo)線(xiàn)被碰損或?qū)Ь€(xiàn)焊接質(zhì)量不良引起。包封內(nèi)部斷線(xiàn)的原因可能為導(dǎo)線(xiàn)夾渣、起皮，在運(yùn)行中局部過(guò)熱而熔斷；或?qū)Ь€(xiàn)匝間絕緣不良，在運(yùn)行中匝間放電而使導(dǎo)線(xiàn)受損直至斷線(xiàn)。

因電抗器為多根導(dǎo)線(xiàn)并繞結(jié)構(gòu)，斷線(xiàn)后電抗器各包封導(dǎo)線(xiàn)中的電流將重新分配。根據(jù)制造廠的計(jì)算結(jié)果，斷線(xiàn)1 根導(dǎo)線(xiàn)后，剩余導(dǎo)線(xiàn)中某根導(dǎo)線(xiàn)電流值將變?yōu)檎r(shí)的1.2 倍，因發(fā)熱量與電流的平方成正比，則發(fā)熱量變?yōu)樵瓉?lái)的1.44 倍；可見(jiàn)，斷線(xiàn)后個(gè)別包封將出現(xiàn)溫升異常升高。包封溫升異常升高后，將使匝間絕緣迅速劣化，引發(fā)電抗損壞。

3 結(jié)論

1）從制造廠角度考慮，電抗器制造過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)工藝控制，避免導(dǎo)線(xiàn)夾渣、毛刺、焊接質(zhì)量不良等發(fā)生，合理設(shè)計(jì)電抗器溫升水平，從根本上杜絕電抗器損壞發(fā)生。

2）在運(yùn)輸及安裝過(guò)程中，應(yīng)特別關(guān)注各包封引出線(xiàn)及調(diào)匝環(huán)（若有），避免誤碰引起導(dǎo)線(xiàn)或絕緣損傷。

3）由于干式空心電抗器為免維護(hù)設(shè)備，預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中對(duì)干式電抗器的試驗(yàn)項(xiàng)目為：阻抗測(cè)量（必要時(shí)）、紅外測(cè)溫（1年或必要時(shí)）。目前,已要求定期開(kāi)展干抗紅外測(cè)溫，但僅能測(cè)試到干抗外部包封溫度，很難發(fā)現(xiàn)干抗內(nèi)部包封的溫度異常情況。

4）目前，已要求定期開(kāi)展直流電阻測(cè)試，判斷依據(jù)主要根據(jù)所測(cè)電阻值與出廠值的偏差推算并聯(lián)導(dǎo)線(xiàn)中是否存在斷線(xiàn)及斷線(xiàn)的根數(shù)。結(jié)合制造廠的計(jì)算,通常導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)1 根直流電阻偏差接近1%；并結(jié)合縱向、橫向比較進(jìn)行判斷，以提高判斷的準(zhǔn)確性。實(shí)踐證明，可有效發(fā)現(xiàn)斷線(xiàn)情況。

另外，在維護(hù)中需要加強(qiáng)電抗器外部引線(xiàn)斷線(xiàn)的檢查，發(fā)現(xiàn)斷線(xiàn)時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊；并且還需要積極尋找其他更有效的電抗?fàn)顟B(tài)檢測(cè)手段。

[1] 葉占剛.干式空心電抗器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其使用壽命的分析[J].變壓器,1995,32(8):23-25.

[2] 李勝川,崔文軍,于在明,等.500kV 變電站干式并聯(lián)電抗器故障分析與建議[J].變壓器，2010,47(10):69-73.

[3] 錢(qián)之銀，楊凌輝，朱峰,等.并聯(lián)干式電抗器故障原因分析[J].華東電力,2000(12):10-13.

[4] 付銀倉(cāng).關(guān)于戶(hù)外干式空心電抗器的設(shè)計(jì)[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2008,29(6):15-19,39.