淺談空心電抗器運(yùn)行壽命影響因素

席國強(qiáng)

摘 要：本文分析了影響空心電抗器運(yùn)行壽命的常見因素，著重研究了溫升影響、匝間短路和沿面樹狀放電以及渦流損耗等幾方面，而后提出了一些防范及處理措施。

關(guān)鍵詞：空心電抗器；運(yùn)行壽命；溫升；匝間短路；沿面樹狀放電；渦流損耗；分析及對策

中圖分類號：TM47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

空心電抗器是一個無導(dǎo)磁材料的空心線圈，因其采用干式空心無鐵芯結(jié)構(gòu)，起始電壓分布均勻、無液體介質(zhì)（不產(chǎn)生滲漏）、無易燃憂患、沒有鐵心（不存在鐵磁飽和）、電感恒定、線性度好、噪音小、抗短路電流能力強(qiáng)、維護(hù)簡單、運(yùn)行安全、性價比高，即可安裝在戶內(nèi)，也可在戶外，因而被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，是一種很重要的電力設(shè)備。因此，空心電抗器的運(yùn)行壽命至關(guān)重要，電抗器本身若發(fā)生故障，包括絕緣燒損、局部電弧放電等故障，將會對電網(wǎng)構(gòu)成了較大的危害。

1.常見因素分析

空心電抗器（以下簡稱“電抗器”）長時間處于戶外的惡劣和高溫的環(huán)境，會出現(xiàn)絕緣催化老化的情況，以致本身的絕緣性能及機(jī)械性能降低，運(yùn)行壽命減少。本文分析了3個方面的常見因素。

1.1 溫升影響

如圖1所示，電抗器由上下星形架、多個包封、足量引拔條構(gòu)成。每個包封由多層并繞結(jié)構(gòu)的多根帶有匝間絕緣的不同規(guī)格導(dǎo)線繞制而成；導(dǎo)線的首尾焊接在上下星形架組成的匯流排上；整個包封由玻璃纖維包繞而成，再滾浸液態(tài)環(huán)氧樹脂，經(jīng)高溫固化，形成高強(qiáng)度的玻璃鋼體。

在包封中，絕緣能夠直接影響對換熱條件。電抗器的主要熱源來自于繞組的直流電阻、環(huán)流損耗和渦流損耗。對電抗器來講，溫升大小會受到熱源強(qiáng)度的制約，熱源強(qiáng)度越高熱量越大，電抗器溫升越高。若電抗器生產(chǎn)時在焊接接線端子、導(dǎo)線電阻以及繞組的時候，出現(xiàn)質(zhì)量問題，會產(chǎn)生“附加電阻”，以及由于線軸配種、繞制速度的原因，使得繞組繞制引起了一定的松緊度，從而變化了“繞組電阻”。此外，能夠?qū)附与娮璁a(chǎn)生影響的還有焊縫金屬裂紋、焊縫深度比以及焊接頭設(shè)計。

1.2 匝間短路和沿面放電

空心電抗器是在中溫或室溫的條件下，固化成形的。很多因素都能夠?qū)ζ涔袒阅茉斐捎绊?，包括環(huán)境、促進(jìn)劑和固化劑。若沒有好的固化效果，在一定物質(zhì)的作用下，樹脂中存在的鍵鏈以及低分子基因就會有水解的情況發(fā)生，并重新進(jìn)行組合，以致絕緣的表面有皺裂以及粉化的情況發(fā)生，從而降低其表面性能。在不良的焊口以及局部過熱的情形下，由于受到高溫的影響，樹脂就會流淌，固化后會有內(nèi)部空泡形成，從而極易破壞匝間絕緣。電抗器的環(huán)氧樹脂外絕緣是一種親水性物質(zhì)，在長期運(yùn)行后，電抗器的表面會沉積比較多的污穢，非常容易受潮，受潮之后，就會增大其表面的泄露電流，從而產(chǎn)生大量熱量。由于熱量作用，會使絕緣的表面保持一種局部干燥的狀態(tài)，在干燥區(qū)域，電阻會增大，從而引發(fā)局部的電弧出現(xiàn)。當(dāng)電弧占據(jù)所有的干區(qū)，泄露電流會增大，進(jìn)而引發(fā)大范圍的電弧閃絡(luò)。隨著電弧不斷發(fā)展合并，就會有沿面樹狀放電產(chǎn)生，增加匝中電流，產(chǎn)生更多熱量，損壞線匝絕緣。

1.3 渦流損耗影響

空心電抗器磁路由電抗器線圈、電抗器上下端及四周的空氣組成，以空氣為主磁路，空氣的磁導(dǎo)恒定，不存在飽和現(xiàn)象，但磁回路不閉合，磁場發(fā)散嚴(yán)重，在其周圍有較強(qiáng)的磁場，處在其磁場范圍內(nèi)的導(dǎo)磁材料若形成閉合回路將產(chǎn)生一定數(shù)值的渦流損耗，不僅會使周圍導(dǎo)體材料局部發(fā)熱產(chǎn)生高溫，也會增加電抗器有功損耗，同時若閉環(huán)回路導(dǎo)體所處的位置是軸向，也會增加電容器的電流，從而改變電抗器的磁場分布，影響電抗器的參數(shù)及正常運(yùn)行。

2.處理措施

2.1 溫升的處理措施

實踐證明，工藝條件、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、絕緣材料和運(yùn)行環(huán)境均影響電抗器的使用壽命，因此可采取一定的措施避免溫升造成的影響，主要有以下幾點措施：（1）對工藝條件進(jìn)行改善，提高焊接工藝水平，避免由于工藝條件不佳導(dǎo)致的焊接電阻及附加電阻問題，以減少熱源；（2）選用匝間耐熱等級高的導(dǎo)線，如H級；（3）選用耐熱等級高的環(huán)氧樹脂，如F級；（4）在考慮性價比的前提下，低溫升、低電密、低損耗設(shè)計；（5）線圈盡量設(shè)計的矮胖些（外徑稍大，高度稍矮），以改善線圈中部的散熱；（6）若為戶外安裝，建議加裝防雨罩；（7）定期對電抗器進(jìn)行紅外溫升測量；（8）停電檢修時仔細(xì)觀察電抗器內(nèi)外部線圈的顏色和平整情況，是否有異常液體流出，是否有引拔條走位等異常情況。

2.2 匝間短路和沿面放電的處理措施

為了避免電抗器匝間絕緣損壞，可以采取以下幾項措施：（1）電抗器使用單位要強(qiáng)化管理在運(yùn)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)。在巡視時，要對瓷瓶的放電現(xiàn)象、電抗器外絕緣的破裂情況、有無異常響聲進(jìn)行檢查并做好記錄。同時，要定期進(jìn)行除塵，防止沿面放電通道形成，增設(shè)高阻帶，避免電流泄露，并阻截成若干段的電流；（2）對粉化和皺裂所帶來的影響，應(yīng)在第一時間進(jìn)行處理，防止不可逆轉(zhuǎn)的劣化形成，可通過砂紙對表面劣化的材料進(jìn)行打磨；（3）可在電抗器線圈表面刷涂憎水性涂料，如此即便處于受潮條件下，也能夠提高電抗器表面的電阻率。

2.3 渦流損耗的處理措施

可采取以下措施消除渦流損耗產(chǎn)生的影響：（1）對于那些難以避免的水泥構(gòu)架以及地網(wǎng)中的閉環(huán)回路，要在安裝以及設(shè)計勘查之前，對安裝點是不是存在金屬閉環(huán)的水泥構(gòu)架以及含閉環(huán)的接地網(wǎng)進(jìn)行檢查。假如存在，就應(yīng)滿足空間上的防電磁感應(yīng)要求；（2）在對其安裝時，要保證所選的環(huán)境清潔且合適，避免環(huán)路的通道形成；（3）要避免使用鐵磁性和網(wǎng)狀的金屬圍欄，應(yīng)選用不銹鋼、鋁合金網(wǎng)以及能夠耐風(fēng)化、耐寒、耐熱的復(fù)合塑料網(wǎng)來取代。

結(jié)語

空心電抗器在電網(wǎng)中的應(yīng)用比較普遍，由于受到電抗器的制作工藝、結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場安裝、周圍金屬件的影響，容易產(chǎn)生較高溫升、匝間短路、沿面放電以及渦流損耗等問題，從而對其正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，甚至還會有燒損的故障發(fā)生。本文分析了影響空心電抗器運(yùn)行壽命的幾方面因素，并提出了相應(yīng)的措施，為生產(chǎn)制造和運(yùn)行維護(hù)提供一定的參考。

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