一起500 kV高壓電抗器異常案例分析

王浩州，顏冰，代維菊，錢國(guó)超，朱家良，李昭，趙加能，周帆，周捷

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650051）

0 前言

并聯(lián)電抗器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。投運(yùn)之后電抗器出現(xiàn)乙炔超標(biāo)的情況較多[1-8]。對(duì)乙炔超標(biāo)后電抗器的跟蹤與處理尤為重要[9-10]。

1 故障簡(jiǎn)介

某供電局500 kV變電站500 kV高壓電抗器自2020年6月18日投運(yùn)以來，在線油色譜在投運(yùn)9日后開始出現(xiàn)痕量乙炔（0.42 μL/L），逐漸上升至投運(yùn)3個(gè)月的2.44 μL/L。高壓電抗器投運(yùn)當(dāng)月和第二個(gè)月離線油色譜檢測(cè)數(shù)據(jù)乙炔為零，第三個(gè)月檢測(cè)發(fā)現(xiàn)乙炔含量為2.17 μL/L大于規(guī)程注意值1 μL/L。數(shù)據(jù)計(jì)算乙炔絕對(duì)增長(zhǎng)速率為0.8 ml/d（超過DL/T 722規(guī)程值0.2 ml/d）、總烴氣體絕對(duì)增長(zhǎng)率為7.1 ml/d（未超過DL/T 722規(guī)程值12 ml/d）；總烴相對(duì)增長(zhǎng)率363%，超過檢修試驗(yàn)規(guī)程值10%每月。根據(jù)三比值法編碼為102，表征高抗內(nèi)部發(fā)生電弧放電故障。電抗器型號(hào)為：SFSZ9-20000/110，生產(chǎn)日期：2020年2月，投運(yùn)日期：2020年6月。

2 現(xiàn)場(chǎng)分析

2.1 超聲和高頻局放測(cè)試分析

現(xiàn)場(chǎng)布置了超聲和高頻傳感器，經(jīng)全方位普測(cè)后，確定C相高抗現(xiàn)場(chǎng)超聲局放幅值最大的三個(gè)傳感器布點(diǎn)位置見圖1。

圖1 C相高抗超聲局放幅值最大的三個(gè)傳感器布點(diǎn)外觀

C相高抗超聲局放幅值最大的三個(gè)傳感器幅值大于100 mV，波形見圖2。

圖2 C相高抗超聲局放最大三個(gè)幅值波形圖

對(duì)比A相和B相，超聲幅值小于10 mV，見圖3和圖4。

圖3 A相高抗超聲局放最大幅值波形圖（位置同C相）

圖4 B相高抗超聲局放最大幅值波形圖（位置同C相）

選取40 kHz-300 kHz、1 MHz-5 MHz、10 MHz-20 MHz三個(gè)頻帶，分別對(duì)C相高抗進(jìn)行高頻局放測(cè)試，均發(fā)現(xiàn)鐵心處出現(xiàn)異常信號(hào)，見圖5～圖7。

圖5 頻帶40 kHz-300 kHz下C相高頻局放信號(hào)圖譜

圖6 頻帶1 MHz-5 MHz下C相高頻局放信號(hào)圖譜

圖7 頻帶10 MHz-20 MHz下C相高頻局放信號(hào)圖譜

通過對(duì)高抗B、C相高頻檢測(cè)對(duì)比，在高壓電抗器C相內(nèi)均存在異常放電信號(hào)。

2.2 振動(dòng)測(cè)試分析

1）振動(dòng)傳感器安裝布置

現(xiàn)場(chǎng)開展了500 kV三相高抗帶電狀態(tài)下振動(dòng)測(cè)試，C相高抗振動(dòng)傳感器布點(diǎn)位置見圖8，

圖8 C相高抗布點(diǎn)示意圖

2）振動(dòng)信號(hào)比對(duì)

經(jīng)振動(dòng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，C相高抗各布點(diǎn)振動(dòng)加速度明顯高于A相和B相。相同位置下C相高抗振動(dòng)加速度最大值約為45 m/s2、A相和B相為10 m/s2。且存在大量高頻雜波，表明C相高抗內(nèi)部存在金屬連接部位固定螺栓松動(dòng)引起振動(dòng)信號(hào)增強(qiáng)，與局放信號(hào)表征應(yīng)證。見圖9-11。

圖9 三相高抗A面和B面時(shí)域最大振動(dòng)加速度圖譜

圖10 三相高抗C面和D面時(shí)域最大振動(dòng)加速度圖譜

圖11 三相高抗A面頻域圖譜

2.3 高頻和超聲局放測(cè)試分析

發(fā)現(xiàn)乙炔超標(biāo)后，在并聯(lián)電抗器間隔C相電抗器增加了重癥監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及日常負(fù)荷的監(jiān)視。通過在電抗器本體上裝設(shè)多組傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電抗器的高頻和超聲局放、振動(dòng)、溫度、外殼接地電流參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和分析，若出現(xiàn)異常放電信號(hào)會(huì)預(yù)警、報(bào)警。

通過對(duì)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)高頻局放監(jiān)測(cè)波形存在異常信號(hào)，超聲波監(jiān)測(cè)波形未見異常。高頻局放監(jiān)測(cè)波形如12、13圖所示：

圖12 在線高頻局放監(jiān)測(cè)圖譜

圖13 在線高頻局放檢測(cè)圖譜

通過遠(yuǎn)程對(duì)高頻局放實(shí)時(shí)波形圖譜分析，高頻圖譜相對(duì)于第一次檢測(cè)的高頻局放圖譜存在一定的差異性。第一次檢測(cè)的圖譜明顯呈現(xiàn)為三簇，并且經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)與其他高抗鐵心和夾件、高抗外殼及周邊避雷器接地扁鐵均存在此高頻信號(hào)（信號(hào)三簇、相位相差120°）。第二次高頻局放監(jiān)測(cè)圖譜中統(tǒng)計(jì)圖譜中明顯呈現(xiàn)為四簇，一個(gè)工頻周期內(nèi)位于90°和270°附近存在相位對(duì)稱脈沖信號(hào)，分析判斷該信號(hào)為內(nèi)部放電信號(hào)。該信號(hào)在相位90°附近波形較明顯，270°附近與外部電暈放電相位出現(xiàn)重疊。由于外部電暈放電幅值較大，內(nèi)部放電信號(hào)負(fù)半周波形并不明顯。

在高頻檢測(cè)過程中，調(diào)整監(jiān)測(cè)頻帶至高頻帶，則只能監(jiān)測(cè)到本相上的電暈脈沖信號(hào)，其他相位信號(hào)消失，說明該放電信號(hào)頻率含量相對(duì)較低，一般頻率含量較低的放電信號(hào)多為接觸不良性質(zhì)的非陡脈沖信號(hào)。

超聲信號(hào)在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)未監(jiān)測(cè)到明顯的超聲信號(hào)波動(dòng)，遠(yuǎn)程圖譜分析波形呈現(xiàn)典型電抗器振動(dòng)波形，未接收到有效的放電超聲信號(hào)。根據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，如果放電源位于高壓引線均壓罩位置存在接觸不良，這種放電類型本身聲信號(hào)輻射能力較差，該位置外部由成型絕緣件進(jìn)行覆蓋，內(nèi)部超聲信號(hào)向外傳輸過程中會(huì)受到絕緣件的影響，超聲信號(hào)在絕緣件內(nèi)壁上產(chǎn)生嚴(yán)重的折反射，造成能量的急劇衰減，并且絕緣件具有一定的厚度，超聲信號(hào)很難穿透絕緣件傳輸?shù)接拖渫獠俊?/p>

3 返廠解體情況

為了查明高抗振動(dòng)及油色譜的異常原因，高抗返廠解體檢查分析，對(duì)高抗油箱、器身、鐵心、線圈部位開展現(xiàn)場(chǎng)解體檢查。高抗解體后發(fā)現(xiàn)，高抗油箱、線圈、器身以及鐵心夾件絕緣電阻未見明顯異常，現(xiàn)場(chǎng)檢查異常情況如下：

鐵心壓緊系統(tǒng)拆卸壓力為29 Mpa，設(shè)計(jì)值為36 MPa，減小約20%。拆解上鐵軛時(shí)，逐個(gè)檢查壓釘情況，四點(diǎn)器身高度無異常。

鐵心采用單相三柱結(jié)構(gòu)，心柱由鐵心餅壘積而成。鐵心用高導(dǎo)磁、低損耗的晶粒取向冷軋硅鋼片制造，鐵軛采用矩形截面；下夾件與拉板焊接成“U”形結(jié)構(gòu)，構(gòu)成穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，提高鐵心機(jī)械強(qiáng)度。鐵心采用高強(qiáng)度拉緊結(jié)構(gòu)，除鐵心柱中心有拉緊螺桿之外，在旁軛的兩端還有4根拉螺桿，以保證壓緊鐵心，減小噪聲和振動(dòng)，見圖14。

當(dāng)鐵心壓緊系統(tǒng)拆卸壓力比設(shè)計(jì)值減小時(shí)，低于廠家控制標(biāo)準(zhǔn)36 MPa要求。此時(shí)電抗器輻向振動(dòng)無法很好的抑制，易導(dǎo)致上鐵軛與短片接觸不良，造成間歇性低能放電情況。

鐵心局部表面存在5處可擦除的黑色印跡，其中包含排油內(nèi)檢時(shí)發(fā)下鐵軛印記。進(jìn)一步拆除圍屏與線圈后，觀察鐵心外觀發(fā)現(xiàn)鐵心局部表面存在5處可擦除的黑色印跡，其中包含排油內(nèi)檢時(shí)發(fā)下鐵軛印記，如圖15所示。對(duì)5處黑色印記使用無紡布進(jìn)行擦拭后，黑色印記可被擦除。金屬表面無燒蝕痕跡，表面平整。初步判斷黑色印記為大顆粒油泥沉淀物。

圖15 下鐵軛表面存在黑色印跡(左圖為拆除圍屏前，右圖為拆除圍屏后)

其中，下鐵軛的黑色印跡擦拭后，可觀察到相間隔板對(duì)下鐵軛施加力而產(chǎn)生的輕微痕跡。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，吊出器身檢查，觀察與測(cè)量該電抗器器身、接地線、引線外觀無明顯異常。拆除圍屏，拔出故障相C相線圈進(jìn)一步檢查。線圈上壓板無變形情況，發(fā)現(xiàn)電抗器內(nèi)、外圍屏表面干凈，無異常痕跡。線圈墊塊無偏移，上下部對(duì)齊無位移，相間隔板邊緣處有黑色印記。鐵心表面檢測(cè)后沒有發(fā)現(xiàn)異常，上鐵軛無扭曲，鐵心餅拉桿螺桿無異常，旁軛穿心螺桿絕緣正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

1）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查、油色譜分析及返廠檢查等綜合分析該高壓電抗器油色譜異常的原因?yàn)椋鸿F心壓緊系統(tǒng)壓緊力不足，運(yùn)行過程中鐵心餅帶動(dòng)上鐵軛振動(dòng)，導(dǎo)致高抗振動(dòng)異常，同時(shí)上鐵軛與短片間可能存在接觸不良，造成間歇性低能放電。

2）下夾件與支撐梁的黑色附著物原因分析：對(duì)下夾件與支撐梁的部分黑色異物進(jìn)行擦拭后，黑色附著物下的油漆較完整，2處缺口可能裝配中磕碰導(dǎo)致。對(duì)2處缺口處的黑色異物刮取采樣，由于現(xiàn)場(chǎng)很難取樣因此刮蹭了少許油箱表面金屬，因此檢測(cè)結(jié)果是以鐵元素為主的金屬元素混合物。該處異常與主變油色譜異常無明顯關(guān)系。

3）嚴(yán)控同型電抗器安裝工藝質(zhì)量。對(duì)新投入的同型號(hào)的電抗器應(yīng)嚴(yán)格按照該套管的現(xiàn)場(chǎng)安裝工藝要求，施加力矩和拉伸長(zhǎng)度等參數(shù)均應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行套管廠家的要求，避免出現(xiàn)拉力過松或過緊的情況。產(chǎn)品壓緊時(shí)關(guān)注液壓機(jī)壓緊力，若出現(xiàn)拉螺桿傾斜或螺母卡頓，壓緊力不能有效垂直加壓至鐵軛以及鐵心餅上，鑒于該原因，后續(xù)制作過程檢驗(yàn)增加壓緊后壓緊行程校核。

4）利用在線和離線油色譜分析手段加強(qiáng)同型電抗器的巡維，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)跟蹤上報(bào)。同時(shí)持續(xù)跟蹤該主變帶電局放監(jiān)測(cè)信號(hào)的變化趨勢(shì)，監(jiān)視高壓電抗器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。