幾起35KV并聯(lián)電抗器跳閘事故的故障分析及預防

戴喜明 李光 莫貫楠 劉佳銘 盧屹磊 靳儒昌 王克

摘要：對超高壓遠距離輸電線路而言，空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率除引起上述工頻電壓升高現(xiàn)象之外，還將增大線路的功率和電能損耗以及引起自勵磁，同期困難等問題。裝設(shè)并聯(lián)電抗器可以補償這部分充電功率，從而通過調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來調(diào)整運行電壓以達到改善電力系統(tǒng)無功功率的運行狀況。本文針對近年來幾起35kV并聯(lián)電抗器發(fā)生故障進行深入分析，探究事故發(fā)生原因，提出了有關(guān)制造工藝及運行維護中預防措施，提高35kV并聯(lián)電抗器穩(wěn)定運行能力。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電抗器；擊穿放電；發(fā)熱

一、故障發(fā)生簡要情況

2018年4月22日22時50分54秒，某500kV變電站35kV#6電抗器3834開關(guān)跳閘，過流2段保護動作，動作電流1.67A。專業(yè)人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)35kV#6電抗器B相頂部調(diào)匝環(huán)與本體連接處引線熔斷，調(diào)匝環(huán)及附近包封有燒損痕跡，電抗器第6-8包封（從內(nèi)向外）有熏黑痕跡。5月8日在廠家對故障電抗器進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)第7包封內(nèi)外側(cè)有貫穿放電痕跡，上部靠近匯流排部分有15cm左右包封燒損嚴重，判斷電抗器首先發(fā)生匝間短路，著火后造成上下貫穿放電，電抗器跳閘。

二、電抗器發(fā)生故障情況

以上發(fā)生故障的電抗器均，型號BKGKL-20000/35。故障后現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電抗器頂部調(diào)匝環(huán)燒黑、調(diào)匝環(huán)引線有燒斷現(xiàn)象、調(diào)匝環(huán)樹脂層部分燒損嚴重，頂部防雨罩有熏黑痕跡。檢查電抗器頂部由外至內(nèi)6-8（故障1）包封有放電燒損痕跡，內(nèi)包封燒傷嚴重，部分撐條已開裂，其對應(yīng)底部也有燒損痕跡，電抗器運行期間電流無異?！，F(xiàn)場進行電抗器高壓試驗，直流電阻、絕緣電阻、電抗值測定，試驗值均合格。

故障電抗器返廠檢查發(fā)現(xiàn)：1. 除故障包封外各包封沒有絕緣老化變色痕跡，包封線匝排列緊密，匝間絕緣無缺陷。2. 各包封氣道中有少量紗毛、紗頭等，不影響設(shè)備運行。3. 各層包封與匯流排連接引線完好，故障部位上部調(diào)匝環(huán)引線燒斷。4. 檢查故障中電抗器7包封、故障中電抗器9包封兩側(cè)有貫穿性放電痕跡，故障1中電抗器7包封、故障2中電抗器9包封有700mm長，200mm寬放電點，放電位置距頂部150mm，左右包封燒損嚴重，導線、絕緣材料已經(jīng)融化對應(yīng)上部匯流排和下部匯流排處有明顯放電痕跡，對應(yīng)故障位置包封從上到下，顏色從深到淺，有明顯的過熱痕跡，故障位置包封開裂。

同時，專業(yè)人員對同批次電抗器調(diào)匝環(huán)進行精確紅外測溫。調(diào)匝環(huán)溫度較其他部位溫度差別不大，無明顯異常。

三、故障原因分析

根據(jù)入廠解體檢查情況分析，此電抗器故障為上部匯流排下方燒毀最嚴重的貫穿洞處絕緣損壞而發(fā)生匝間短路，使其匝間繞組電流增大而發(fā)熱，并燒毀繞組外部纏繞的聚酯膜、玻璃纖維和環(huán)氧樹脂絕緣介質(zhì)。燃燒產(chǎn)生的熱溶物向外擴散，同時向下飄落，造成上下星臂間發(fā)生貫穿性放電，過電流保護動作使開關(guān)跳閘。

匝間短路原因分析：

1. 結(jié)合故障電抗器的故障現(xiàn)場檢查、廠內(nèi)解體分析。

1）故障點位于調(diào)匝環(huán)及匯流排正下方，距電抗器頂部150mm左右，電抗頂部約150mm為環(huán)氧膠、玻璃絲等固化物，沒有導線；

2）調(diào)匝環(huán)匯流線已燒斷，絕緣均破壞燒熔；

3）故障現(xiàn)象為上下匯流排之間貫穿放電；

4）故障發(fā)生在電抗器投運2h后；

結(jié)合現(xiàn)場解體情況，分析原因有以下幾點：

1）調(diào)匝環(huán)工藝和材質(zhì)不佳。電抗器包封層本體采用高溫固化工藝，本體包封層由玻璃絲浸膠先纏繞一層，再纏繞線圈，然后在線圈外層由玻璃絲浸膠再纏繞一層，同時纏繞一層玻璃布并刷膠，各層纏繞都由機器繞制完成，所用的環(huán)氧膠必須經(jīng)過高溫固化，所以本體繞制完成后要運入高溫爐內(nèi)進行高溫固化。

本體包封固化完成后根據(jù)實驗情況為平衡各包封層電流加裝調(diào)整環(huán)，調(diào)匝環(huán)制作由工作人員在電抗器上手工繞制線圈，線圈外部用玻璃布浸膠后人工進行包繞，所用環(huán)氧膠常溫即可固化（如果對調(diào)匝環(huán)高溫固化，則本體就要二次經(jīng)受高溫，影響本體絕緣，所以調(diào)匝環(huán)采用了常溫固化），常溫固化絕緣強度較高溫固化要低。

（2）調(diào)匝環(huán)在設(shè)計上存在易受過電壓沖擊的問題。故障電抗器調(diào)匝環(huán)位于電抗器上方，是進線的前幾匝，易受到電網(wǎng)過電壓的沖擊，調(diào)匝環(huán)成為整個電抗器的絕緣薄弱點，由于調(diào)匝環(huán)在電抗器的上部，在生產(chǎn)及運輸過程中易受外力損傷。

（3）調(diào)匝環(huán)工作環(huán)境溫度高。調(diào)匝環(huán)位于電抗器頂部，運行電抗器產(chǎn)生的熱流上升，聚集于頂部，使得調(diào)匝環(huán)的工作環(huán)境溫度較高，絕緣易老化。

（4）電抗器震動使調(diào)匝環(huán)受損。運行電抗器的震動極易使調(diào)匝環(huán)與固定鋁排產(chǎn)生摩擦，破壞調(diào)匝環(huán)外絕緣；另外包封匯流線與匯流排或調(diào)匝環(huán)的連接均為焊接，運行中長期振動存在松動造成接觸不良可能容易造成電抗器包封引線斷線，從而改變包封內(nèi)的電壓及電流分布。

綜上所述，調(diào)匝環(huán)是電抗器絕緣薄弱點，調(diào)匝環(huán)運行后內(nèi)部導線局部絕緣降低最終導致匝間短路，是此次電抗器故障的起因。調(diào)匝環(huán)發(fā)生匝間短路后形成較大環(huán)流，造成導線過熱引起燃燒，甚至燒熔，融化掉落至層間，引起層間、匝間短路，貫穿放電（因電抗器頂部150mm為環(huán)氧膠、玻璃絲等固化物，所以這兩起故障均發(fā)生在頂部150mm以下位置）。

根據(jù)此廠家生產(chǎn)的電抗器近幾年發(fā)生的缺陷，發(fā)現(xiàn)大部分與各包封的電流分配以及調(diào)匝環(huán)有關(guān)，暴露出電抗器生產(chǎn)中調(diào)匝環(huán)工藝處理方面存在缺陷。

四、改進措施

1. 需加強電抗器制造工藝控制，繞線過程中加大對電抗器絕緣層檢驗力度，加強工藝過程的可追溯性，修整過程中加大電抗器氣道內(nèi)部的清理，保證電抗器氣道內(nèi)沒有紗毛、紗頭等。對電抗器頂部調(diào)匝環(huán)進行位置調(diào)整，同時加強調(diào)匝環(huán)匯流線焊接質(zhì)量管控，確保焊接牢固。對電抗器發(fā)貨前對各個氣道再次進行檢查，保證內(nèi)部沒有異物。據(jù)調(diào)研，北京電力設(shè)備總廠、中揚電抗器廠等廠目前在工藝上能在繞制階段完成電抗各層電流調(diào)平，不需加裝調(diào)匝環(huán)，合容廠家應(yīng)提高工藝控制，避免使用調(diào)匝環(huán)。

2. 目前特高壓電抗器和其他要求較高的電抗器采用了換位導線進行繞線，各層繞線過程中電抗不會產(chǎn)生太大的偏差，繞制完成后不用調(diào)匝環(huán)調(diào)整，對電抗器整體性能有很大提高。

（作者單位：國網(wǎng)河北檢修公司）