并聯(lián)電抗器鐵心接地電流過高的原因分析

● 國網(wǎng)湖南電力有限公司檢修公司 伍藝佳 李學鋒 肖 明

2018 年初，某500kV變電站進行全站設備帶電檢測時，發(fā)現(xiàn)某500kV線路A相電抗器鐵心夾件接地電流值達到200mA以上，一星期后復測結果為116.5mA。本文以本次事件為例，探討線路并聯(lián)電抗器鐵心接地電流的成因與影響電流大小的因素。

1 并聯(lián)電抗器

1.1 并聯(lián)電抗器的作用

并聯(lián)電抗器是具有一定電感值的無功電氣設備，在1.5倍額定電壓及以下應基本為線性來吸收系統(tǒng)的容性無功，利用電感與電容反相的特點，用于補償線路的電容性充電電流，抑制輕負荷線路末端電壓的升高。并聯(lián)電抗器還可以通過限制工頻電壓的升高，從而降低線路斷路器開斷時出現(xiàn)的操作過電壓，保證線路的可靠運行。

1.2 線路的容升效應

超高壓線路多采用分裂導線，線路輸送距離長，輸送功率大。線路的相間電容和對地電容均很大，并與線路的長度成正比。線路上容抗XC遠大于感抗XL,在電源電動勢E的作用下，產(chǎn)生的較大電容電流，在感性元件上轉換的容性功率將高于感性功率。最終線路末端電壓將會等于線路電源電動勢E疊加容性電流流過感抗產(chǎn)生的ΔUC，高于首端電源電動勢，在線路末端電壓升高。

根據(jù)線路分布參數(shù)等值電路分析，空載無損線路上距開路的末端X處的電壓為：

Ux——空載無損線路上距開路的末端X處的電壓，Ε˙為系統(tǒng)電源電壓，Z為線路波阻抗，XS為系統(tǒng)電源等值電抗；ω為電源角頻率，ν為光速。

由公式（1）可知，線路上工頻電壓自首端起逐漸上升，沿線按余弦曲線分布。

當X=0時，代入公式得UX=U2cos αx。線路末端工頻電壓為最大，線路末端電壓升高程度與線路長度有關。線路長度越長，線路末端工頻電壓上升得越厲害，末端電壓將會越高于首端。

2 并聯(lián)電抗器鐵心一點接地

并聯(lián)電抗器在運行或在進行高壓試驗時，鐵心以及各個金屬部件都處于強電場中的不同位置，由靜電感應產(chǎn)生的電位也各不相同，鐵心和各金屬部件之間或對地接體產(chǎn)生電位差，一旦電位不同的金屬部件之間形成斷續(xù)的火花放電，將會使絕緣油分解，破壞固體絕緣。

為了避免上述情況發(fā)生，對鐵心及其金屬部件必須進行可靠接地且只允許單線接地。由于鐵心硅鋼片的空間間隙小，只需一點接地即相當于鐵心全部疊片接地。鐵心中如有兩點或兩點以上的接地，則接地點之間可能形成閉合回路，當有較大的磁通穿過時，就會在回路中感應出電動勢并引出電流，當電流較大時，會引起局部過熱故障，甚至燒壞鐵心。

3 影響并聯(lián)電抗器鐵心接地電流大小的因素

為找出影響某線路高壓電抗器鐵心夾件接地電流的因素，下面對可能造成影響的因素進行分析。

3.1 線路負荷

某線為五強溪水電站至該變電站的一條500kV線路，筆者連續(xù)13天每日測量記錄該線并聯(lián)電抗器鐵心夾件接地電流，與同一天線路負荷進行比對，如圖1所示。

圖1 500kV某線并聯(lián)電抗器鐵心夾件接地電流與負荷關系圖

在保證每日測試方法正確，在測量儀器鉗形電流表誤差可忽略不計的情況下，根據(jù)圖1可以清晰看出，無論當日負荷大小，測量數(shù)據(jù)基本無較大波動，A相鐵心夾件接地電流雖然發(fā)生變化，但未能和線路負荷形成明顯的正/負相關關系。可以得出：線路負荷對并聯(lián)電抗器鐵心接地電流影響較小的結論。

3.2 高壓電抗器內(nèi)部短路

本文通過長期連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及查找文獻理論支撐，結合實際，提出以下2種高壓電抗器內(nèi)部短路的看法。

（1）并聯(lián)電抗器內(nèi)部出現(xiàn)短路。高壓電抗器長期運行電壓為線路電壓，當鐵心發(fā)生兩點接地及以上接地時，接地回路感應電壓很大，形成電流較大，將會對電抗器造成嚴重后果。高壓電抗器內(nèi)部短路處附近溫度升高，設備局部過熱將會對電抗器油產(chǎn)生影響，使油的劣化加速，受熱分解產(chǎn)生含碳氣體。2018年4月11日變電試驗中心對電抗器油樣進行分析，檢測結果顯示A相油樣內(nèi)含碳氣體含量在正常范圍之內(nèi)，且通過三相縱向對比，A相大部分油樣溶解氣體含量甚至優(yōu)于C相。該線電抗器A相在天氣晴朗的情況下測試所得接地電流均值在90～110mA左右，認為數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，且油樣測試正常，可以推定該線路電抗器內(nèi)部鐵心無明顯兩點接地。

（2）鐵心接地引下線與夾件接地引下線之間在電抗器內(nèi)部形成短接。由于電抗器A相夾件接地電流相對于B、C相同樣偏大，而通過前文理論探討認為電抗器內(nèi)部鐵心應無明顯兩點接地。推測可能在電抗器內(nèi)部鐵心接地引下線與夾件接地引下線之間形成短接，在線圈漏磁通作用下產(chǎn)生環(huán)流，與鐵心正常運行時產(chǎn)生的接地電流疊加，通過接地引下線引出，最后由運行人員測得疊加后的較大數(shù)值。環(huán)流同樣影響了夾件接地電流的大小，最終導致夾件接地電流測試結果也偏大。對于這種情況，可以在電抗器外部接地引下線上裝設限流電阻，降低接地電流的大小，以減少因接地電流過大在電抗器內(nèi)部造成溫度過高，進一步導致內(nèi)部放電的可能性，保證電抗器繼續(xù)穩(wěn)定運行。

3.3 線路導線

某500kV線路全長175.26km，多從山區(qū)、河道上方通過，濕度較大。線路四分裂遠距離輸送，線路相間、對地電容均較大，并聯(lián)電抗器在高壓下滿載運行。

前文圖1所記錄鐵心夾件接地電流數(shù)據(jù)為2018年2月測量獲得，數(shù)值較為穩(wěn)定，其中第六組數(shù)據(jù)A相鐵心接地電流最高，達到126mA。圖2所示數(shù)據(jù)為2018年1月某線融冰前后幾天鐵心接地電流數(shù)據(jù)。1月正值湖南嚴冬天氣，該線因線路結冰嚴重，先后執(zhí)行2次直流融冰操作，1月25至26日為某線第二次融冰操作時間。

冰情嚴重時，線路覆冰不僅改變了線路相間電容間距，也改變了線間電容的介質特性。由圖2可以明顯看出，該線路A相鐵心接地電流在第二次融冰前夕24日時達到1月最高值306mA，此時在某線線路上形成4倍于線路線徑的覆冰。26日完成融冰操作后，鐵心接地電流有較明顯下降，之后由于天氣原因該線再次覆冰，鐵心夾件接地電流大小出現(xiàn)反復。28日后氣溫回升數(shù)據(jù)逐步呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢，兩次測得數(shù)據(jù)平均值為184mA。

圖2 500kV某線融冰前后電抗器鐵心夾件接地電流

因此，認為形成覆冰的雨水、雪水中含有雜質，覆冰成為導體。隨著該線路覆冰厚度增大，線間電容介質特性改變，分裂導線之間幾何均距縮短，導線的有效半徑增大，線間電容增大，線路電容性電流將進一步增大，線路容升效應明顯，電抗器調(diào)壓壓力增大，設備內(nèi)部負擔增重，最終影響了鐵心接地電流大小。

3.4 其他因素

（1）鐵心接地引下線連接及測量方法不規(guī)范。根據(jù)規(guī)定，在電抗器A相接地引下線進行接地電流測試，接地引下線應無松動、銹蝕、無斷裂跡象。變電站內(nèi)歷次測試位置相對固定，選擇電抗器下部第二個支撐絕緣套管下方測量，測量時將儀表鉗口以接地引下線為軸左右、上下移動，儀表觀察數(shù)值變化不大。由此可斷定該線并聯(lián)電抗器A相接地電流異常與鐵心接地引下線連接無關。

（2）設備老化。該線路并聯(lián)電抗器A相為2003年投產(chǎn)，運行時間較長，由于并聯(lián)電抗器對線路作用重要，電抗器基本為滿負荷運載，設備老化情況更為嚴重。今年5月對A相電抗器進行鐵心夾件接地電流測試時，鉗形電流表顯示鐵心接地電流數(shù)據(jù)始終波動無法穩(wěn)定且波動范圍較大，在85～104mA之間?；谶\行情況，認為A相內(nèi)部可能因老化存在部件輕微松動，影響鐵心接地電流大小。

4 結束語

本文通過采集大量實際數(shù)據(jù)，請教專業(yè)人士，結合參考文獻，對某線路高壓電抗器鐵心接地電流過高從線路負荷、高抗內(nèi)部短路、線路截面積、線路工作環(huán)境溫濕度以及設備老化等幾方面著手，對鐵心接地電流過高進行理論解釋。最終認為線路截面積、線路所處的工作環(huán)境、設備老化、鐵心與夾件的接地引下線間短接會對高壓電抗器鐵心接地電流造成影響。