干式空心電抗器接地排發(fā)熱缺陷的分析與處理

賈 婷，楊 晟，李 娜

(1.天津大學(xué),天津 300000；2.國網(wǎng)太原供電公司，山西太原 032300；3.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原 030001）

干式空心電抗器接地排發(fā)熱缺陷的分析與處理

賈 婷1，楊 晟2，李 娜3

(1.天津大學(xué),天津 300000；2.國網(wǎng)太原供電公司，山西太原 032300；3.國網(wǎng)山西省電力公司，山西太原 030001）

指出無功補償裝置中干式空心電抗器漏磁通對周圍鐵磁材料的影響，紅外測溫是檢測周圍鐵磁材料發(fā)熱的重要手段。以一起干式空心電抗器接地排發(fā)熱為例，進(jìn)行分析和處理，總結(jié)出無功補償裝置設(shè)計和安裝建議及注意事項，為運行維護人員迅速判斷此類缺陷及采取正確消缺措施提供依據(jù)，從而避免事故的發(fā)生，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

干式空心電抗器；接地排；紅外測溫

0 引言

在電力系統(tǒng)無功補償裝置中，串聯(lián)電抗器的作用是限制涌流，并可抑制、吸收高次諧波電流。干式空心電抗器因具有起始電壓分布均勻、無液體介質(zhì)（不產(chǎn)生滲漏）、結(jié)構(gòu)簡單、線性好、噪音小、抗短路能力強、價格便宜等優(yōu)點而得到廣泛采用；但由于電抗器的物理性質(zhì)和特殊的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了電抗器運行時，在其周圍將產(chǎn)生比較強烈的磁場，處于磁場范圍內(nèi)的導(dǎo)磁材料若形成閉合回路將產(chǎn)生一定數(shù)值的環(huán)流，處于變化磁場內(nèi)的導(dǎo)體也會產(chǎn)生渦流。由于電磁環(huán)流和渦流的存在，不僅使材料局部發(fā)熱產(chǎn)生高溫，也會使電抗器有功損耗增加；同時也改變了電抗器磁場的發(fā)布，并對電抗器的參數(shù)造成一定程度的影響，影響電抗器的正常運行[1,2]。

1 某例電抗器接地排發(fā)熱現(xiàn)象

某220 kV變電站10 kV無功補償裝置干式空心電抗器采用疊裝結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品型號為CKGKL-320/ 10-12。在電抗器兩側(cè)各有一根接地排從支撐絕緣子地腳引出與網(wǎng)門連接后入地。設(shè)備投運后，專業(yè)巡視人員紅外測溫過程中發(fā)現(xiàn)該電抗器兩側(cè)引出的接地排均發(fā)熱，紅外熱像圖如圖1所示。

圖1 電抗器一側(cè)接地排紅外熱像圖

2 發(fā)熱原因分析

圖1中接地排最熱點溫度為59.2℃，位于接地排中段。停運電抗器對接地排、接地螺栓的導(dǎo)磁性及外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該變電站電抗器組接地排與網(wǎng)門相連后再入地，所用材料為80 mm×10 mm的扁鋼，屬鐵磁材料，如圖2所示；所有連接接地排的螺栓選用的是熱鍍鋅螺栓，也是鐵磁性材料。

圖2 變電站電抗器外露接地排

根據(jù)紅外測溫結(jié)果及現(xiàn)場檢查情況，對該組電抗器發(fā)熱分析如下：因為干式空心電抗器周圍的漏磁場非常大，在電抗器軸向、徑向都可能因金屬體構(gòu)成閉環(huán)而造成嚴(yán)重的漏磁問題，對電抗器本體及周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。若是徑向位置有閉環(huán)，將使電抗器繞組過熱或局部過熱；若是軸向位置存在閉環(huán)，將使電抗器電流增大和電位分布改變；同時強磁場中閉環(huán)回路也因產(chǎn)生渦流、環(huán)流而發(fā)熱。該電抗器接地扁鐵平放，垂直于電抗器的磁力線，故磁力線穿透面積較大，易產(chǎn)生渦流。根據(jù)紅外熱像圖所示，接地排最熱點位于電抗器外圍，該截面處電流密度大，磁場強度相對較高，使用的材料又為高導(dǎo)磁材料，所以該處溫度最高。而其他固定接地網(wǎng)的連接點也由于使用了熱鍍鋅螺栓，因渦流發(fā)熱而使溫度有所升高。

因此，可以判斷電抗器底部接地排發(fā)熱是由于高導(dǎo)磁的鐵磁材料在強磁場下產(chǎn)生的渦流引起的發(fā)熱。

3 渦流發(fā)熱與磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率的關(guān)系

建立如圖3所示的圓柱體渦流發(fā)熱體模型，交變頻率為f的磁場垂直穿過圓柱發(fā)熱體圓截面。

圖3 電磁渦流發(fā)熱模型

電磁渦流發(fā)熱功率公式為[3,4]

式中：ρ——電阻率；

F——交變磁場頻率；

Μ——發(fā)熱體的磁導(dǎo)率；

H——穿過發(fā)熱體表面平均磁場強度；

D——發(fā)熱體直徑；

H——發(fā)熱體厚度。

由式（1）可見，渦流的熱功率與磁場交變頻率f，磁導(dǎo)率μ的平方及磁場強度H成正比，與發(fā)熱體的電阻率ρ成反比。要獲得較大的功率輸出，就需要較高頻率的交變磁場，較大的磁場強度，發(fā)熱體的磁導(dǎo)率要大，發(fā)熱體的電阻率要小。因此，非導(dǎo)磁性材料不能有效匯聚磁力線，幾乎不能形成渦流（就像一個普通變壓器如果沒有硅鋼片鐵芯，而只有2個繞組是不能有效傳遞能量的），基本上不發(fā)熱；電導(dǎo)率越低，磁導(dǎo)率越高的鐵磁材料渦流發(fā)熱越為嚴(yán)重。

4 處理措施

根據(jù)發(fā)熱原因分析，結(jié)合渦流發(fā)熱模型理論，對該組電抗器采取以下處理措施：將電抗器的整個開環(huán)接地網(wǎng)及引到網(wǎng)門處的接地扁鐵換成80mm×10 mm的銅排接地線（磁導(dǎo)率為0.999 9）；將各連接點高導(dǎo)磁的熱鍍鋅螺栓換成導(dǎo)磁性相對低的不銹鋼螺栓。

更換后，對接地排及固定螺栓再次進(jìn)行紅外測溫，溫度為35℃，下降幅度明顯，與正常設(shè)備溫度相近，進(jìn)而驗證發(fā)熱原因分析及處理措施的合理性。

5 電抗器升高座設(shè)計

查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，為了避免環(huán)流，工程設(shè)計上要求電抗器下的地基及正上方不應(yīng)有構(gòu)成閉合環(huán)路的金屬構(gòu)件，如圖4所示電抗器基座對半短接各一點接地，距離電抗器中心1.1 D（D為電抗器外徑）不得有構(gòu)成閉合環(huán)路的金屬構(gòu)件（網(wǎng)門全部或部分采用環(huán)氧樹脂絕緣材料實現(xiàn)開路）。為了避免渦流，在距電抗器中心距離不小于1.1 D，電抗器上、下空間距離不小于0.5D的范圍內(nèi)不應(yīng)有鐵磁物。

為了避免本案例中電抗器接地排發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計采用電抗器升高座，電抗器地腳處的接地線直接入地，不再外露與網(wǎng)門連接后再入地，這樣可有效避開電抗器的高磁場區(qū)域。

圖4 電抗器支撐絕緣子地腳兩點接地

6 避免發(fā)熱缺陷的注意事項

為了避免干式空心電抗器磁場造成周邊鐵磁材料環(huán)流或渦流發(fā)熱現(xiàn)象的發(fā)生，在無功補償裝置設(shè)計、現(xiàn)場施工、設(shè)備交接驗收及運行維護時應(yīng)注意以下幾點[5-7]。

a）干式空心電抗器下部的接地排或者直接入地，或者選用銅質(zhì)的接地線與網(wǎng)門相連后再入地。

b）網(wǎng)門應(yīng)距離電抗器中心線1.1 D之外，且盡量采用環(huán)氧樹脂材料或不銹鋼材料。

c）電抗器有效磁場范圍內(nèi)不應(yīng)有鑄鐵螺栓、鋅粉涂層等鐵磁物。

d)紅外測溫技術(shù)是檢測運行設(shè)備及周邊附屬設(shè)施發(fā)熱情況的有效手段。

7 結(jié)論

由于干式空心電抗器磁場的影響，會使電抗器周圍的鐵磁材料產(chǎn)生渦流而發(fā)熱。因此，干式空心電抗器下部的開環(huán)接地網(wǎng)材料不能采用高導(dǎo)磁的扁鋼，將其更換為低導(dǎo)磁的銅材接地排后，可大大減小漏磁引起的發(fā)熱。在設(shè)備裝置設(shè)計、安裝施工時應(yīng)注意入地方式、網(wǎng)門材料等幾個細(xì)節(jié)問題。實踐證明，這些措施對消除無功補償裝置中干式空心電抗器周邊設(shè)施材料發(fā)熱有效可行。

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[2]阮傳金，王誠.干式空心電抗器接地引下線異常發(fā)熱的原因分析及處理 [J].電網(wǎng)無功補償技術(shù)及裝置，2009，32(24):312-314.

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Analysis and Treatment on Heating Defect of Dry Hollow Reactor Grounding Bar

JIA Ting1，YANG Sheng2,LINa3

（1.Tianjin University,Tianjin 300000，China；2.State Grid Taiyuan Power Supply Company,Taiyuan,Shanxi 032300; 3.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Infrared temperaturemeasurement is an importantmeans of detecting ferromagneticmaterial around.Taking a heating failure of a dry hollow reactor grounding bar as an example,after treating and analyzing,suggestions for the design and installation of reactive power compensators are summarized,which provides references for the operators to determine the defects quickly and adopt measurescorrectly so as toavoid accidentsand guarantee the safe and stableoperation ofpowersystem.

dry hollow reactor;groundingbar;infrared temperaturemeasurement

TM473

B

1671-0320（2016）03-0013-03

2016-03-04，

2016-03-28

賈 婷（1994），女，山西太原人，2013級天津大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)在讀；

楊 晟（1985），男，山西孝義人，2010年畢業(yè)于山東大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，碩士研究生，工程師，從事電力系統(tǒng)變電設(shè)備狀態(tài)評價工作；

李 娜（1977），女，山西臨汾人，2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電氣工程及自動化專業(yè)，工程師，從事電力系統(tǒng)運營監(jiān)測（控）管理工作。