一起35kV油浸式鐵芯并聯(lián)電抗器鐵芯多點(diǎn)接地故障診斷與應(yīng)對(duì)方法研究

席國(guó)強(qiáng)

摘 要：油浸式鐵芯電抗器廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離輸配電項(xiàng)目、各種發(fā)電廠和大型工礦企業(yè)的供配電系統(tǒng)、各類(lèi)礦產(chǎn)開(kāi)采及使用高壓電機(jī)的場(chǎng)合、諧波狀況復(fù)雜的電力系統(tǒng)、電壓波形和電網(wǎng)功率因數(shù)較低的系統(tǒng)。通過(guò)本文分析，電抗器的故障原因與大部分其他變電站設(shè)備的故障原因基本一致。通過(guò)加強(qiáng)變電站的運(yùn)行管理和檢修管理，可以有效減少電抗器的故障率，有效降低電抗器故障引起的事故隱患。

關(guān)鍵詞：油浸式鐵芯并聯(lián)電抗器；多點(diǎn)接地；故障診斷；方法

中圖分類(lèi)號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

油浸式鐵芯電抗器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電抗器”）正常運(yùn)行時(shí)，繞組周?chē)嬖谥蛔兊拇艌?chǎng)，由于電磁感應(yīng)的作用，繞組與鐵芯之間、鐵芯與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過(guò)寄生電容的耦合作用，使得鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位，鐵芯和各金屬部件之間或?qū)拥伢w產(chǎn)生電位差，當(dāng)兩點(diǎn)之間的電位差達(dá)到足以擊穿其間絕緣時(shí)，便形成斷續(xù)的火花放電，這種放電將使電抗器的絕緣油分解，并損壞固體絕緣。本文從個(gè)案分析入手，對(duì)油浸式鐵芯并聯(lián)電抗器的鐵芯多點(diǎn)接地故障進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1.工程實(shí)例

2017年1月某日某市郊35kV變電站，3#35kV斷路器線路電抗器出現(xiàn)了過(guò)熱報(bào)警，檢修人員對(duì)其轉(zhuǎn)備用隔離后進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)了3個(gè)疑點(diǎn)。

（1）當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度10℃，在運(yùn)6臺(tái)電抗器，其中5臺(tái)溫度最低16℃，最高27℃，1臺(tái)電抗器溫度卻達(dá)到了65℃，運(yùn)行狀態(tài)較為異常。

（2）變電站給電抗器的例行檢修為20天一次，更換絕緣油每?jī)纱螜z修更換一次。根據(jù)檢修日志，該電抗器的絕緣油更換僅7天，但其油內(nèi)的黑色粉狀及細(xì)小條狀雜質(zhì)很多，絕緣油本身呈現(xiàn)出黃褐色，達(dá)到了應(yīng)該更換的標(biāo)準(zhǔn)，這是不正常的現(xiàn)象。

（3）變電站35kV母線電壓和電流波形畸變較為嚴(yán)重，切除故障電抗器所在的3#電源后，波形正常了。

鑒于以上3個(gè)疑點(diǎn)，可證明3#電源線路電抗器存在故障，而電抗器發(fā)熱和絕緣油污染的異常狀態(tài)是造成3#電源線路故障的主要原因。

2.變電站工作人員做了如下處理

（1）確認(rèn)系統(tǒng)負(fù)載是否允許切斷3#電源。在系統(tǒng)負(fù)載允許的情況下，切斷3#電源；

（2）隔離3#主斷路器；

（3）合上3#斷路器接地刀閘；

（4）檢查3#電源副斷路器狀態(tài)，確保其完好的情況下，使用3#電源副斷路器送電，恢復(fù)3#電源供電；

（5）隔離3#主斷路器線路內(nèi)的疑似故障電抗器；

（6）解除3#主斷路器內(nèi)備用電抗器隔離；

（7）測(cè)試3#主斷路器狀態(tài)完好，轉(zhuǎn)入冷備用。

注：為了強(qiáng)調(diào)對(duì)電抗器的處理流程，第1條和第4條沒(méi)有完整寫(xiě)出，變電站工作人員應(yīng)該嚴(yán)格按照刀閘操作流程進(jìn)行操作。

3.對(duì)電抗器的檢驗(yàn)方法

（1）通過(guò)兆歐表檢測(cè)法判斷電抗器有無(wú)擊穿

鐵芯多點(diǎn)接地的電抗器，因?yàn)榫€圈與鐵芯之間、鐵芯與外殼之間反復(fù)電弧放電，其繞組絕緣必定有擊穿的跡象，應(yīng)該采用兆歐表檢測(cè)法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

（2）在絕緣油環(huán)境中使用兆歐表對(duì)電抗器進(jìn)行檢驗(yàn)

恢復(fù)電抗器的絕緣油環(huán)境，兆歐表的一極連接在電抗器的一個(gè)接線端子上、一極連接在電抗器外殼上進(jìn)行第一次檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)電阻下降，就可以斷定電抗器存在接地現(xiàn)象。

（3）通過(guò)耐壓試驗(yàn)對(duì)電抗器進(jìn)行檢驗(yàn)

同樣是在絕緣油環(huán)境良好的前提下，使用耐壓實(shí)驗(yàn)儀對(duì)電抗器電極到外殼的絕緣耐壓試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)其三相接線端子之間的耐壓實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，如果試驗(yàn)通過(guò)，則認(rèn)為其沒(méi)有出現(xiàn)接地，如果試驗(yàn)不通過(guò)，則認(rèn)為其出現(xiàn)接地現(xiàn)象。

（4）停運(yùn)前對(duì)運(yùn)行中的電抗器利用氣相色譜分析法。氣相色譜分析是發(fā)現(xiàn)電抗器鐵芯接地最有效的方法。若氣體中的甲烷及烯烴組織成分增加很快，而一氧化碳和二氧化碳與以往相比變化甚少或正常時(shí)，則表明有過(guò)熱和裸金屬放電現(xiàn)象。

4.安全要素分析

4.1 狀態(tài)檢查期間的安全要素

狀態(tài)監(jiān)測(cè)階段的主要風(fēng)險(xiǎn)有兩點(diǎn)：

（1）帶電監(jiān)測(cè)階段的觸電風(fēng)險(xiǎn)。

（2）監(jiān)測(cè)階段可能發(fā)生的電弧擊穿設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)。

電抗器在生產(chǎn)期間已經(jīng)考慮到了帶電溫度監(jiān)測(cè)的路徑和方式，其中埋入了溫度感應(yīng)芯片，而且支持用戶使用紅外溫度測(cè)試儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。在對(duì)絕緣油的純度測(cè)試中，應(yīng)用手拔出絕緣油測(cè)試尺，測(cè)試其絕緣油的純度，拔出測(cè)試尺時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格按照帶電操作規(guī)程進(jìn)行操作。變電站工作人員應(yīng)嚴(yán)格遵守帶電操作的安全員制度，確保操作單的復(fù)誦制度。

4.2 電抗器拆除期間的安全要素

電抗器拆除期間的安全風(fēng)險(xiǎn)主要有兩點(diǎn)：

（1）停電失誤造成的觸點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

（2）電抗器拆除過(guò)程對(duì)斷路器帶來(lái)的安全隱患。

部分變電站的工作人員在進(jìn)行電抗器維護(hù)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)一些違章的跳步操作現(xiàn)象，甚至部分變電站對(duì)電抗器的拆除和維護(hù)作業(yè)沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的操作單。電抗器拆除期間，同樣要嚴(yán)格按照操作單進(jìn)行操作，確保安全員制度和操作單復(fù)誦制度。因?yàn)殡娍蛊鞑鸪枰?jīng)歷兩次倒閘，其安全管理壓力較大。電抗器拆除后，應(yīng)該立即使用備用電抗器恢復(fù)故障斷路器的狀態(tài)，使其轉(zhuǎn)入冷備用狀態(tài)，而不是保持其檢修狀態(tài)。

4.3 電抗器測(cè)試階段的安全要素

電抗器測(cè)試期間的風(fēng)險(xiǎn)主要是耐壓測(cè)試期間的安全風(fēng)險(xiǎn)。

電抗器測(cè)試階段，在肉眼觀察測(cè)試和兆歐表測(cè)試階段并沒(méi)有太大的風(fēng)險(xiǎn)，其主要風(fēng)險(xiǎn)在耐壓測(cè)試階段。耐壓測(cè)試的流程應(yīng)該被嚴(yán)格控制。

5.電抗器多點(diǎn)接地故障的防范方法研究

電抗器多點(diǎn)接地故障有4個(gè)主要原因，根據(jù)這4個(gè)主要原因，可以制定有效的電抗器多點(diǎn)接地防范方法：

（1）防止浪涌

浪涌是引起電抗器內(nèi)部擊穿的最主要途徑。浪涌的原因可能是雷擊，突發(fā)性的大功率抗性增壓及其他干擾，但一般的變電站在進(jìn)線處都規(guī)劃的浪涌抑制器和防雷接地保護(hù)器，確保這些設(shè)備的完好可以有效防止浪涌對(duì)電抗器的影響。

（2）防止過(guò)載

系統(tǒng)過(guò)載可以導(dǎo)致電抗器升溫，甚至造成絕緣油局部汽化降低絕緣油性能。與浪涌故障一樣，過(guò)載故障也可能造成其他的設(shè)備出現(xiàn)擊穿或者疲勞等故障。過(guò)載故障給電抗器帶來(lái)的最大問(wèn)題是設(shè)備的物理疲勞。系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在超負(fù)荷工作的狀態(tài)下，其內(nèi)部的微小電弧會(huì)損壞絕緣紙及絕緣涂層，給系統(tǒng)后來(lái)的多點(diǎn)接地?fù)舸?lái)隱患。

（3）防止物理?yè)p傷

絕緣油發(fā)生渾濁后，其絕緣性能下降，系統(tǒng)內(nèi)的微電弧增加，導(dǎo)致系統(tǒng)的絕緣系統(tǒng)受到更大的程度的破壞。同時(shí)，外界的高溫，雨水混入絕緣油造成的絕緣油乳化等也可能造成系統(tǒng)的損傷。這些影響同樣可能影響變電站內(nèi)的其他設(shè)備。所以，減少物理?yè)p傷，加強(qiáng)惡劣天候下和高負(fù)荷狀態(tài)下的電抗器和全系統(tǒng)狀態(tài)檢修，是有效防范電抗器故障的因素。

（4）加強(qiáng)狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修是智能電網(wǎng)要求下的變電站檢修任務(wù)。通過(guò)對(duì)電力運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的科學(xué)的挖掘，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站的潛在故障。與前3條一樣，加強(qiáng)變電站檢修可以有效防范包含電抗器在內(nèi)的所有可能故障。

結(jié)語(yǔ)

電抗器是變電站中常用的設(shè)備，也是含本文研究 35kV變電站在內(nèi)的各個(gè)級(jí)別變電站的常用設(shè)備。通過(guò)本文分析，油浸式鐵芯并聯(lián)電抗器的故障原因與大部分其他變電站設(shè)備的故障原因基本一致。通過(guò)加強(qiáng)變電站的運(yùn)行管理和檢修管理，可以有效減少電抗器的故障率，有效降低電抗器故障引起的事故隱患。在電抗器出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障后，應(yīng)該嚴(yán)格按照操作單進(jìn)行處理，一方面防止事故的擴(kuò)大化，另一方面可以有效降低處理電抗器多點(diǎn)接地故障處理過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。

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