高壓并聯(lián)電抗器鐵芯夾件多點(diǎn)接地分析及處理

趙婧，肖松，羅家維

（1．江西工業(yè)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西萍鄉(xiāng)，337000；2．國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌，330000）

0 引言

隨著電網(wǎng)建設(shè)的不斷加快,超高壓、特高壓遠(yuǎn)距離輸電線路越來(lái)越多,遠(yuǎn)距離線路具有電壓等級(jí)高、線路充電功率大等特點(diǎn)，為了限制線路工頻過(guò)電壓和滿足無(wú)功平衡的要求,線路普遍配置了大容量的高壓并聯(lián)電抗器(以下簡(jiǎn)稱:高抗)。與變壓器結(jié)構(gòu)類似，高抗正常運(yùn)行過(guò)程中，鐵芯和夾件恰好處于箱體與繞組、引線之間形成的不均勻電場(chǎng)中。高抗繞組、箱體、鐵芯、夾件間均存在寄生電容,由于寄生電容的耦合作用，鐵芯、夾件對(duì)地存在懸浮電位,當(dāng)兩點(diǎn)間的電位差達(dá)到能夠使其絕緣擊穿時(shí)，將產(chǎn)生火花放電,破壞高抗的絕緣[1-2]。正常情況下，高抗鐵芯及夾件必須保證有且僅有一點(diǎn)接地,如果鐵芯、夾件存在兩個(gè)或以上接地點(diǎn)時(shí),接地點(diǎn)之間會(huì)形成閉合回路,高抗的漏磁通交鏈此閉合回路,接地線上就會(huì)產(chǎn)生環(huán)流,當(dāng)環(huán)流過(guò)大時(shí),會(huì)引起高抗內(nèi)部局部過(guò)熱,嚴(yán)重的甚至破壞其絕緣，影響高抗正常運(yùn)行。相比于變壓器多點(diǎn)接地故障，目前對(duì)高抗多點(diǎn)接地故障的研究較少，鑒于高抗在遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)的重要性，因此,正確判斷和處理高抗鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障,對(duì)電網(wǎng)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定具有重要意義。

1 鐵芯夾件多點(diǎn)接地原因分析

從生產(chǎn)制造、運(yùn)輸安裝和運(yùn)行這三個(gè)階段分析，高抗發(fā)生鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障的原因主要有以下幾種：（1）制造工藝不嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)部焊渣未徹底清理或內(nèi)部遺留金屬小顆粒，使鐵芯或夾件與油箱短接。（2）運(yùn)輸安裝方案不當(dāng)，高抗器身發(fā)生傾斜或碰撞，使高抗本體局部發(fā)生位移，內(nèi)部鐵芯/夾件碰觸油箱外殼或鐵芯碰夾件，導(dǎo)致絕緣距離不足[3]。（3）運(yùn)行過(guò)程中高抗內(nèi)部絕緣受潮或老化損壞，或者鐵芯與夾件間的絕緣板磨損脫落,造成夾件與鐵芯直接接觸。

2 鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障的判斷

參考判斷變壓器鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障的方法，判斷高抗鐵芯夾件多點(diǎn)故障通常有以下幾種：（1）測(cè)量接地電流。目前電網(wǎng)運(yùn)維人員通常使用鉗形電流表來(lái)測(cè)量運(yùn)行中的高抗鐵芯、夾件接地線中電流，通過(guò)測(cè)量接地電流的大小來(lái)判斷高抗內(nèi)部鐵芯和夾件是否存在多點(diǎn)接地的情況。根據(jù)高抗運(yùn)行規(guī)程中的規(guī)定,正常情況下，此電流非常?。ㄒ话阈∮?00mA）[4-5]。（2）取高抗油樣進(jìn)行氣相色譜分析，通過(guò)絕緣油中所含氣體種類及相對(duì)含量來(lái)判斷。在油色譜分析中，最常見的是利用五種特征氣體的三比值法,如油樣所含氣體中甲烷和烯烴含量較高，同時(shí)一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w含量在正常范圍，或與歷史數(shù)據(jù)相比無(wú)較大變化，則說(shuō)明鐵芯、夾件過(guò)熱，而鐵芯、夾件過(guò)熱最可能的原因是由于內(nèi)部存在多點(diǎn)接地[6-7]。（3）在有條件停電的情況下，對(duì)高抗鐵芯、夾件進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量。通過(guò)鐵芯對(duì)地絕緣、夾件對(duì)地絕緣以及鐵芯對(duì)夾件間的絕緣電阻大小可以直觀的判斷鐵芯、夾件是否存在多點(diǎn)接地的情況。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)大型500kV變壓器（高抗），在正常情況下，其鐵芯對(duì)地、夾件對(duì)地、鐵芯對(duì)夾件的絕緣電阻都比較大，一般都在100MΩ以上[8-11]。

3 高抗鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障處理方法

結(jié)合變壓器鐵芯夾件多點(diǎn)接地處理的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)主要分不停電處理和停電處理兩種方法。

3.1 不停電方法

由于種種原因，高抗短時(shí)間無(wú)法退出運(yùn)行，為了盡可能的減少鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障的影響，可選擇臨時(shí)應(yīng)急措施防止故障進(jìn)一步惡化，現(xiàn)場(chǎng)不停電處理方法最有效的是在鐵芯、夾件工作接地回路中串入一個(gè)限流電阻，確保鐵芯、夾件接地電流小于100mA。

選擇限流電阻的基本原則是將正常工作接地線打開時(shí)測(cè)得的電壓U除以接地線上的電流I，即R=U/I[12]。注意所串電阻大小需適當(dāng)，以保護(hù)鐵芯基本處于地電位且能達(dá)到限流的目的；同時(shí)還需關(guān)注所串限流電阻發(fā)熱功率，以防電阻過(guò)熱燒壞后造成鐵芯、夾件接地回路開路。

3.2 停電處理方法

如果條件允許，可對(duì)高抗進(jìn)行停電檢修，徹底消除高抗內(nèi)部多點(diǎn)接地故障。目前工程實(shí)踐中采用最多的有兩種方法：（1）采用電容放電或大電流沖擊處理；（2）進(jìn)人內(nèi)檢和吊罩處理。

電容放電沖擊法對(duì)高抗內(nèi)部懸浮物形成的導(dǎo)電小橋?qū)е碌亩帱c(diǎn)接地有一定的效果，但容易造成原本就存在絕緣缺陷的高抗內(nèi)部絕緣進(jìn)一步惡化，一般不輕易使用。

現(xiàn)場(chǎng)停電處理鐵芯夾件多點(diǎn)接地故障主要采用進(jìn)人內(nèi)檢和吊罩的方法。首先對(duì)高抗本體進(jìn)行排油，然后檢修人員進(jìn)入高抗內(nèi)部檢查，按設(shè)計(jì)方案要求對(duì)器身進(jìn)行檢查，確認(rèn)造成鐵心夾件絕緣不良的具體問(wèn)題點(diǎn)，并實(shí)施有效處理。若經(jīng)上述檢查，沒有找到明顯造成鐵心夾件絕緣不良問(wèn)題點(diǎn)，或檢查發(fā)現(xiàn)了明顯的問(wèn)題，但不能實(shí)施有效處理時(shí)，最終需要對(duì)高抗進(jìn)行吊罩處理，即對(duì)高抗進(jìn)行解體，吊開鐘罩，對(duì)高抗內(nèi)部可能發(fā)生多點(diǎn)接地的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查和處理。雖然排油和吊罩處理的工程時(shí)間長(zhǎng)，難度系數(shù)高，而且受天氣限制，但能徹底解決內(nèi)部多點(diǎn)接地故障，因此，在故障較為嚴(yán)重的情況下常被采用。

4 實(shí)例分析與處理

4.1 基本情況

某500kV變電站500kV線路高抗型號(hào)為BKD-50000/500，于2013年12月28日投運(yùn)。2019年12月11日，電網(wǎng)運(yùn)維人員在開展高抗鐵芯、夾件接地電流例行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)該線路高抗A相鐵芯接地電流為357mA，高于注意值100mA，且與上次（2019年9月26日）測(cè)量結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)存在明顯增長(zhǎng)，B、C相數(shù)據(jù)正常，兩次數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

表1 高抗鐵芯、夾件接地電流測(cè)量

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，檢修人員先后于2019年12月13日、2019年12月25日和2020年01月10日三次對(duì)該500kV線路高抗進(jìn)行了鐵芯夾件接地電流測(cè)試和油色譜分析，結(jié)果均顯示A相鐵芯、夾件接地電流異常（均為360mA左右），B、C相正常，三相油樣色譜分析數(shù)據(jù)合格，無(wú)異常。

4.2 缺陷分析

4.2.1 接地電流測(cè)量

通過(guò)對(duì)該500kV線路高抗A相的鐵芯、夾件接地電流連續(xù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，近三個(gè)月來(lái)一直保持在360mA附近，如圖1所示，未發(fā)生明顯變化，可初步判斷鐵芯、夾件可能存在多點(diǎn)接地故障。

圖1 高抗A相鐵芯、夾件接地電流測(cè)量

4.2.2 油色譜分析

利用氣相色譜分析法，對(duì)油中含氣量進(jìn)行分析，也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)高抗鐵芯接地故障。該高抗A相油色譜分析油色譜分析結(jié)果如表2所示。

表2 高抗A相油色譜分析數(shù)據(jù) 單位：μL/L

由表2的結(jié)果分析可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)C2H2表明高抗內(nèi)部無(wú)明顯放電，H2及總烴均未超標(biāo)，數(shù)據(jù)合格[13-15]；同時(shí)絕緣油多次測(cè)試數(shù)據(jù)變化不大且均在合格范圍內(nèi)，表明高抗內(nèi)部并無(wú)明顯故障。

4.2.3 絕緣電阻測(cè)量

根據(jù)計(jì)劃，3月16日該500kV線路高抗由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修，檢修人員對(duì)該高抗進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表3所示：

表3 高抗A相鐵芯夾件絕緣電阻測(cè)量

鐵芯與夾件對(duì)地絕緣均合格，說(shuō)明鐵芯對(duì)地和夾件對(duì)地之間均無(wú)多點(diǎn)接地；而鐵芯對(duì)夾件之間絕緣電阻僅為20KΩ，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的100MΩ，鐵芯與夾件之間絕緣水平明顯不足。

結(jié)合鐵芯夾件接地電流測(cè)量、油色譜分析以及鐵芯夾件絕緣電阻測(cè)量可知，該高抗A相鐵芯接地電流與夾件接地電流均超過(guò)正常運(yùn)行范圍，加上鐵芯與夾件之間絕緣不足，高抗A相內(nèi)部鐵芯與夾件之間存在直接接觸導(dǎo)致鐵芯夾件多點(diǎn)接地，高抗內(nèi)部鐵芯、夾件之間形成環(huán)流，才是造成鐵芯、夾件接地電流增大的根本原因，其故障示意圖如圖2所示；同時(shí)油色譜分析的結(jié)果表明此高抗A相多點(diǎn)接地故障沒有導(dǎo)致絕緣油的劣化，故障并不嚴(yán)重，暫不影響運(yùn)行。

圖2 鐵芯夾件故障示意圖

4.3 缺陷處理

檢修人員原打算結(jié)合現(xiàn)有的停電計(jì)劃對(duì)該500kV高抗進(jìn)行排油內(nèi)檢，如若內(nèi)檢未查出故障點(diǎn)，則進(jìn)一步進(jìn)行吊罩處理。但后因特殊情況考慮到：一是三月的局部地區(qū)正逢雨季，吊罩所需的天氣、工期等條件，現(xiàn)有的停電計(jì)劃均無(wú)法滿足；二是恰逢新冠肺炎疫情期間，大型作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在交叉感染的隱患；三是由于故障暫時(shí)并不嚴(yán)重，且暫無(wú)惡化趨勢(shì)。通過(guò)與廠家專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行深入溝通，如若想要徹底解決此問(wèn)題，需要返廠大修，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件不允許。

經(jīng)檢修單位內(nèi)部多次分析與討論，在不影響正常運(yùn)行的前提下盡可能減少接地電流偏大造成的影響，最終決定采用加裝限流電阻的方法，即分別在鐵芯、夾件外接接地線與接地點(diǎn)之間各串接一組限流電阻降低接地電流。這種方法可有效將鐵芯、夾件接地電流控制在允許范圍內(nèi)，防止由于鐵芯接地電流過(guò)大引起的高抗內(nèi)部發(fā)熱和絕緣受損現(xiàn)象。

根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，檢修人員決定采用變壓器（高抗）鐵芯、夾件接地補(bǔ)償裝置，即在鐵芯、夾件與接地點(diǎn)之間串入一組限流電阻，型號(hào)為：LHTX1306B，此補(bǔ)償裝置內(nèi)限流電阻分三檔，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電阻阻值，控制鐵芯、夾件接地電流的大小。根據(jù)高抗鐵芯、夾件接地電流大小和此補(bǔ)償裝置說(shuō)明書對(duì)照，確定將限流電阻設(shè)置為一檔運(yùn)行，確保將該高抗A相鐵芯接地電流控制在合格范圍之內(nèi)，安裝前后對(duì)比如圖3、4所示。

圖3 加裝限流電阻前

圖4 加裝限流電阻后

2020年3月25日，該高抗順利送電，恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)，檢修人員隨即對(duì)高抗鐵芯夾件接地電流進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

表4 高抗鐵芯、夾件接地電流測(cè)量

測(cè)試結(jié)果顯示，加裝限流電阻后，A相鐵芯接地電流下降到44.9mA，夾件接地電流下降到66.5mA，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的低于100mA。

為確保萬(wàn)無(wú)一失，檢修人員對(duì)該高抗進(jìn)行了持續(xù)重點(diǎn)關(guān)注，運(yùn)維人員增加對(duì)該線路高抗A相的鐵芯、夾件接地電流的測(cè)量頻率，檢修人員縮短油樣試驗(yàn)周期，對(duì)該高抗的運(yùn)行工況進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，該500kV線路高抗可正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

高抗鐵芯夾件多點(diǎn)接地導(dǎo)致其接地電流異常是目前高抗最常見的故障形式之一，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)具體案例的深入分析，本文提出在現(xiàn)場(chǎng)不具備條件徹底消除故障的情況下，可以通過(guò)在鐵芯、夾件接地回路串入限流電阻進(jìn)行處理。同時(shí)在高抗的日常運(yùn)維過(guò)程中還需加強(qiáng)對(duì)高抗絕緣油的色譜分析，結(jié)合帶電檢測(cè)，以及加強(qiáng)鐵芯夾件接地電流的在線監(jiān)測(cè)工作，多方面保障高抗安全穩(wěn)定運(yùn)行。