一起1 000 kV并聯(lián)電抗器局部放電缺陷的診斷分析

馮清源，林 峰，馮新巖

（1國網(wǎng)濟(jì)南市長清區(qū)供電公司，山東 濟(jì)南 250000；2國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟(jì)南 250018）

0 引言

并聯(lián)電抗器是高電壓、遠(yuǎn)距離交流輸電系統(tǒng)中不可或缺的重要設(shè)備，用來補(bǔ)償輸電線路上的充電電流，削弱電容效應(yīng)，限制系統(tǒng)工頻電壓升高和操作過電壓，并可消除同步發(fā)電機(jī)帶空載長線時產(chǎn)生的自勵磁現(xiàn)象［1-3］。特高壓輸電線路的充電功率大，單位長度輸電線路充電功率約為500 kV輸電線路的4～5 倍［4-6］，需要并聯(lián)電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償。因此，特高壓并聯(lián)電抗器（以下簡稱電抗器）安全運行，對特高壓輸電線路的可靠運行具有重要意義［7］。

局部放電是電抗器上較容易出現(xiàn)的絕緣缺陷，特高壓并聯(lián)電抗器現(xiàn)場安裝后，難以像變壓器一樣開展脈沖電流法局部放電試驗［8-9］，因此對運行中的電抗器開展局部放電帶電檢測就顯得尤為重要［10-13］。常見的帶電檢測方法主要有油中溶解氣體分析法、超聲波局部放電檢測法、高頻脈沖電流局部放電檢測法以及特高頻局部放電檢測法［14-17］。每種檢測方法均有各自的優(yōu)缺點，單靠其中一種檢測手段往往很難對某些局部放電故障和缺陷進(jìn)行有效的狀態(tài)評估和精確定位［18-21］，因此利用多種檢測手段進(jìn)行綜合診斷分析可取得更準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果。

1 概況

在對某變電站中一臺在運1 000 kV 并聯(lián)電抗器進(jìn)行絕緣油溶解氣體檢測時，發(fā)現(xiàn)油中出現(xiàn)乙炔，且有緩慢增長趨勢。CO、CO2及其他烴類氣體變化不明顯。該設(shè)備2019-12-10 至2020-03-05 期間的油色譜試驗結(jié)果如表1所示。

表1 1 000 kV并聯(lián)電抗器氣相色譜數(shù)據(jù)表 單位：μL/L

發(fā)現(xiàn)乙炔后，運維人員使用鉗形電流表測量鐵芯及夾件的接地電流，發(fā)現(xiàn)該電抗器X 柱鐵芯與夾件接地電流均出現(xiàn)增長，在700～900 mA 之間波動變化，其中夾件接地電流始終比鐵芯接地電流大90 mA。其他正常相X 柱鐵芯與夾件接地電流分別在50 mA與120 mA 左右。該電抗器為雙器身結(jié)構(gòu)，分為A 柱和X柱，X柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 X柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)

根據(jù)油色譜試驗結(jié)果和鐵芯夾件接地電流檢測及各相對比情況，初步分析判斷該電抗器內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象，且放電可能是由于并聯(lián)電抗器X 柱鐵芯與夾件絕緣不良引起。

2 現(xiàn)場診斷分析

2.1 高頻局部放電檢測

現(xiàn)場使用局部放電診斷定位裝置對并聯(lián)電抗器進(jìn)行高頻局部放電檢測，將兩個高頻電流傳感器按照相同方向分別接在異常電抗器X 柱鐵芯與夾件的接地引下線上，在高速示波器上觀察高頻脈沖電流信號。檢測過程中，發(fā)現(xiàn)始終存在極性相反、頻率較高（約2.5～3 MHz）的高頻脈沖電流，如圖2所示，其中紫色信號為夾件高頻電流傳感器采集到的信號，綠色信號為鐵芯高頻電流傳感器采集到的信號，黃色信號為夾件接地電流。根據(jù)高頻電流頻率、信號極性相反的特征，可判斷并聯(lián)電抗器內(nèi)部存在放電現(xiàn)象，且放電可能發(fā)生在鐵芯、夾件之間。

圖2 高頻電流信號波形

為進(jìn)一步判斷高頻電流相位關(guān)系，引入并聯(lián)電抗器的夾件接地電流，并在10 ms時基下觀察信號波形，如圖3 所示。從圖中可看到，放電發(fā)生在電流接近峰值處，正負(fù)半波各發(fā)生一次，相位穩(wěn)定。

圖3 10 ms時基下高頻電流波形

現(xiàn)場使用PDCHECK 等儀器對高頻電流進(jìn)行檢測，均檢測到鐵芯與夾件極性相反的高頻電流，高頻電流相位分布（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）如圖4所示。

由圖4可看到，在鐵芯與夾件上分別檢測到的高頻電流信號，具有幅值接近，相位穩(wěn)定，極性相反的特征。

圖4 PDCHECK檢測高頻電流PRPD

2.2 鐵芯夾件工頻接地電流檢測

現(xiàn)場對并聯(lián)電抗器進(jìn)行鐵芯夾件工頻接地電流檢測，將兩個工頻鉗形電流傳感器分別接在X 柱鐵芯與夾件接地引下線，與高頻電流傳感器同時檢測鐵芯與夾件接地引下線上的工頻接地電流及高頻脈沖電流。示波器10 ms 時基下檢測波形如圖5 所示，其中黃色、綠色信號分別為夾件和鐵芯接地引下線上的工頻電流信號，紫色、紅色信號分別為夾件與鐵芯接地引下線上的高頻脈沖電流信號。

圖5 10 ms時基下工頻及高頻電流波形

從工頻接地電流波形分析，鐵芯與夾件上存在大小交替變化、不規(guī)則的周期性信號，信號變化周期為20 ms。幅值較小的信號段，鐵芯與夾件電流按照極性相同的正弦波規(guī)律變化，幅值較大的信號段，鐵芯與夾件電流按照極性相反的正弦波規(guī)律變化。由此可判斷，X柱鐵芯與夾件存在周期性觸碰現(xiàn)象。觸碰發(fā)生前，兩者接地引下線流過正常的接地電流，電流極性相同。觸碰發(fā)生后，鐵芯與夾件之間產(chǎn)生較大的環(huán)流，在兩者接地引下線上電流極性相反。持續(xù)約5 ms時間后，鐵芯與夾件分離，恢復(fù)正常接地電流，約5 ms后再次觸碰，如此循環(huán)發(fā)生。

同時，由圖5 可以看出，高頻放電電流信號出現(xiàn)在接地電流由極性相反的大電流變?yōu)闃O性相同的小電流的瞬間，可判斷在鐵芯與夾件之間環(huán)流斷開的瞬間，發(fā)生放電現(xiàn)象。

綜上分析，判斷放電原因可能為鐵芯與夾件之間距離過小或兩者之間絕緣損壞，在磁致收縮效應(yīng)下，兩者間發(fā)生周期性觸碰放電現(xiàn)象。

2.3 特高頻、高頻局部放電聯(lián)合定位

由于高頻脈沖電流法無法準(zhǔn)確定位，現(xiàn)場采用特高頻、高頻局部放電聯(lián)合定位的方法對放電位置進(jìn)行定位。具體如圖6 所示，將黃色、藍(lán)色高頻電流傳感器放置在X 柱的夾件及鐵芯處來采集高頻放電信號，將紅色、綠色特高頻傳感器放置在并聯(lián)電抗器A面上部油箱縫隙處，采集從內(nèi)部傳出來的特高頻放電信號。以高頻電流觸發(fā)采集特高頻信號，可檢測到與異常高頻信號對應(yīng)的特高頻放電信號，通過不斷移動特高頻傳感器直至兩個特高頻傳感器所測信號波形重合，波形如圖7 所示，說明信號位于兩傳感器中間線所在平面，實際位置為并聯(lián)電抗器A 面中間線所在平面。

圖6 高頻、特高頻傳感器放置位置

圖7 高頻、特高頻信號波形

并聯(lián)電抗器B 面進(jìn)行聯(lián)合定位，將紅色、綠色特高頻傳感器放置在并聯(lián)電抗器B 面上部油箱縫隙繼續(xù)定位。但現(xiàn)場由于縫隙處傳出來的特高頻放電信號較弱，不能采集到有效的放電信號，無法精確定位，根據(jù)特高頻時間領(lǐng)先法，可大致估算出放電位置位于距電抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面上。

綜上分析，采用特高頻、高頻局部放電聯(lián)合定位的方法大致判斷出放電位置在距電抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面與A 面中間線所在平面的交匯直線上。

2.4 高頻、超聲波局部放電聯(lián)合定位

采用聲電聯(lián)合法對放電信號進(jìn)一步定位。使用超聲波傳感器在并聯(lián)電抗器A 面中心位置自上而下檢測，發(fā)現(xiàn)在該區(qū)域中上部可檢測到與高頻信號相對應(yīng)的超聲波信號，聲信號落后于電信號約1 ms，如圖8所示。由此可估算放電源距A面油箱壁約1.4 m，參照并聯(lián)電抗器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，可知具體位置位于X柱鐵芯上部位置。

圖8 高頻信號與超聲波信號對應(yīng)

綜合分析，通過對并聯(lián)電抗進(jìn)行特高頻局放檢測、高頻電流局放檢測、以及聯(lián)合定位等，確定了放電位置位于X柱鐵芯上部。

通過高頻電流和工頻電流聯(lián)合檢測，可判斷出放電原因為并聯(lián)電抗器鐵芯與夾件之間絕緣不良，存在周期性觸碰、放電現(xiàn)象。結(jié)合放電定位、原因，并參考并聯(lián)電抗器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具體放電原因是可能由于器身上部磁屏蔽（通過夾件接地）與鐵芯之間絕緣不良，或芯柱上屏蔽與鐵芯之間絕緣不良造成。

3 現(xiàn)場處理

由于乙炔含量不大，增長趨勢較慢，且設(shè)備承擔(dān)負(fù)荷較重，短期不能退出運行?，F(xiàn)場采取安裝限流電阻的方式來降低環(huán)流并限制放電，并通過安裝重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，如圖9 所示。實時跟蹤監(jiān)測故障發(fā)展趨勢。

圖9 限流電阻裝置及重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

限流電阻的選擇根據(jù)現(xiàn)場實時測量鐵芯夾件接地電流的大小，以及高頻脈沖電流的大小來確定。經(jīng)過多次調(diào)整，鐵芯串接25 Ω 電阻，夾件串接10 Ω電阻。接入電阻后，鐵芯及夾件接地電流均大幅下降，其中鐵芯減小至54 mA，夾件減小為122 mA，與正常相基本相同。同時，高頻放電信號變得非常小，幅值降低到原來的1/5。這也進(jìn)一步間接驗證鐵芯與夾件接地電流增大是由于兩者之間絕緣不良產(chǎn)生環(huán)流引起，也可以驗證之前分析和判斷的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

并聯(lián)電抗器出現(xiàn)乙炔，X 柱鐵芯、夾件接地電流增大的情況，分析為X 柱鐵芯夾件之間絕緣不良，存在周期性觸碰放電引起。通過串聯(lián)限流電阻，已將電流限制到正常值，放電也得到一定限制。

并聯(lián)電抗器運行中開展絕緣油溶解氣體分析，高頻電流局放檢測、特高頻局放檢測等帶電檢測手段，對發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，定位放電位置，保證電抗器安全運行有著重要作用。

1 000 kV并聯(lián)電抗器因振動大，鐵芯與夾件上容易出現(xiàn)局部放電缺陷，在設(shè)計及制造過程中應(yīng)引起重視。