高頻脈沖振蕩法檢測干式空心電抗器匝間絕緣缺陷

南方電網(wǎng)玉溪供電局 李達 楊紅偉 王庸道 馮程 史玉清

0 引言

近年來相關事故分析報告以及工作總結表明，引起干式空心電抗器事故的主要原因是匝間絕緣缺陷，占事故的90%以上，且匝間絕緣缺陷在沒有發(fā)展到一定程度時，現(xiàn)有的試驗手段很難檢測出來[1]。

傳統(tǒng)的阻抗測量和紅外測溫等方法無法檢測出電抗器的早期絕緣缺陷[2]，導致有絕緣缺陷的電抗器長器在電網(wǎng)中運行，最終引起多起嚴重的電抗器燒毀事故。近年來國內開始使用高壓高頻振蕩法在現(xiàn)場檢測電抗器匝間絕緣故障。

1 現(xiàn)階段電抗器的使用現(xiàn)狀

由于電抗器長期處于戶外嚴酷的運行環(huán)境中，電抗器絕緣性能不可避免受到氣候因素影響。受到外部環(huán)境的影響，大氣中的粉塵將在電抗器的表面集聚，會出現(xiàn)不同程度的污物沉積，導致表面泄漏電流增大；同時由于電抗器表面噴涂的絕緣性材料出現(xiàn)粉化、脫落現(xiàn)象，在潮濕環(huán)境下，電抗器表面受到影響，其水分蒸發(fā)比較快，造成電抗器表面部分區(qū)域出現(xiàn)龜裂，引起電抗器的局部電阻改變，電流在該處形成局部的電弧，在時間的不斷推移下，電弧會不斷發(fā)生擴大，產(chǎn)生拉應力[3]。

目前，從國內對干式空心電抗器的運行情況表明，線圈的匝間絕緣下降誘發(fā)電抗器損壞事件比例很高，嚴重時直接造成電抗器燒毀，干式空心電抗器燒毀事故頻發(fā)，嚴重影響電力系統(tǒng)的安全運行，也帶來了較大的經(jīng)濟損失[4]。所以，在各個環(huán)節(jié)都需要加強重視，不斷提升電抗器的制造質量，還要提高其管控水平，做好電抗器的運行維護，實現(xiàn)電抗器的有效發(fā)展。

2 檢（監(jiān)）測手段

針對電抗器自身缺陷，提出的主要檢測方法有：外觀檢查、在線監(jiān)測、離線檢測等。通過這些檢測手段了解電抗器健康狀態(tài)。

2.1 在線檢測

干式空心電抗器故障多數(shù)源于繞組包封內部發(fā)生局部放電，導致繞組匝間短路甚至貫穿式放電，最終將干式空心電抗器燒毀。運用傳感器實時監(jiān)測電抗器每一層包封的分布電流數(shù)據(jù)，用無線發(fā)包方式將數(shù)據(jù)回傳入監(jiān)測系統(tǒng)，結果顯示該系統(tǒng)能準確測得分布電流值，為干式空心電抗器實時監(jiān)測提供重要的理論依據(jù)和設備支持[4]。

目前對在線監(jiān)測研究主要是通過加裝傳感器等方法或對設備進行改造等來測量電抗器溫度的變化，但受到環(huán)境等因素影響，該類方法并未普及。

2.2 離線檢測

離線檢測法大多應用于電抗器已發(fā)生損壞，探究電抗器故障的原因。常用檢測手段測量電抗器匝間故障時主要是對阻抗值進行測量，而電抗器在發(fā)生故障前或剛發(fā)生故障時，阻抗值變化并不明顯，不能有力地預防匝間絕緣事故。

3 高頻脈沖振蕩法匝間絕緣檢測

3.1 高頻脈沖法的原理

從整體上分析，在對大容量干式空心電抗器進行匝間絕緣試驗的時候需要施加高頻電壓，這樣可以通過分析電抗器電感量變化的情況對是否存在缺陷加以了解，其中利用高頻脈沖振蕩法測量電抗器匝間絕緣的電路原理圖見圖1。

圖1 電路原理圖

在對其進行試驗的時候需要了解電抗器的電壓數(shù)值，并且對示波器的波形進行觀察與分析，調整調壓器輸出電壓的球隙，嚴格按照相應的標準施加電壓，從而獲得較為準確的示波器的波形。

另外在對上述兩個波形的振蕩周期進行分析的時候得知，如果出現(xiàn)匝間短路，那么其震蕩周期與頻率是不同的，期間存在明顯的差異，還有便是加壓時間超過 1min 之后，放電次數(shù)更加頻繁，所以電抗器能源要比雷電沖擊試驗的能力更大。

在一個工頻周期內，電容Cc先由整流電源充電。當被充電至試驗電壓值時，可控放電球隙S放電，電容Cc與被試線圈L形成阻尼振蕩[5-7]。振蕩放電電壓衰減到足夠小時電弧熄滅，下一工頻周期重復以上過程。每周期完成1次充放電，1分鐘完成3000次放電，工頻電壓波形和主電容Cc上的電壓波形如圖2所示。

圖2 工頻電壓波形與電容C上的電壓波形

3.2 高頻脈沖測試技術

在L與C阻尼振蕩過程中，如果電抗器有匝間絕緣缺陷現(xiàn)象，則由于電抗器線圈匝數(shù)隨之變化，導致整個電抗器的電感量變化，反映出整個振蕩電路的振蕩頻率也隨之變化；而電抗器短路匝內的環(huán)流將造成電抗器的損耗增加，使整個振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。因此，通過比較電抗器在額定電壓下兩端的電壓波形變化趨勢，可以判斷出電抗器線圈是否存在匝間絕緣缺陷。

3.3 高頻脈沖振蕩法試驗方法

3.3.1 試驗裝置

在本次試驗中為進一步提高試驗效果主要采取了當前無觸點高壓電子開關，并利用這一裝置代替普通的放電球隙，對于數(shù)據(jù)采集則是利用工業(yè)平板電腦所替代，進而檢測出空心電抗器匝間絕緣的缺陷[8]，采用的電抗器匝間絕緣檢測設備能夠滿足GB1094.6要求。同時，還可完成相應基于振蕩波檢測技術的測試實驗，對干式空心電抗器開展現(xiàn)場匝間絕緣試驗具有重要意義。其中該試驗裝置的原理圖見圖3。

圖3 裝置原理圖

3.3.2 試驗結果判定

在進行試驗結果判定的時候，其試驗程序需要在電抗器兩端施加不高于 20%的試驗電壓作為主要的標定電壓，并及時對電壓波形進行記錄，然后施加全電壓，其中需要了解到的一點是在本次試驗中需要包含3000個要求幅值的過電壓，其時間要持續(xù)1min，并且在整個試驗過程中需要對電壓波形加以記錄，采取的公式為：

4 結語

在本次研究中對干式空心電抗器短路故障問題展開了分析與研究，并且應用了高頻脈沖振蕩法對其進行檢測，經(jīng)檢測可以了解匝間絕緣所存在的缺陷。根據(jù)電力系統(tǒng)電抗器匝間絕緣檢測的要求，本文研究了基于高頻脈沖振蕩法的電抗器匝間絕緣檢測方法，并對電力原理圖進行了理論分析。利用高頻脈沖振蕩法對于干式空心電抗器匝間絕緣試驗具有重復次數(shù)多，能量密度大，易于分辨匝間短路故障的特點，簡化了試驗流程，且提高了工作效率，對于電抗器匝間絕緣現(xiàn)場測量具有重要意義。