干式空心并聯電抗器多起損壞原因分析

王耀龍

（云南電力試驗研究院（集團）有限公司，昆明 650217）

20世紀70年代末期，干式電抗器開始在國內使用，80年代國內廠家開始引進技術并進行國產化研究。干式電抗器相對油抗具有電感線性度好，重量輕、易維護的優點[1]，而在電網中使用較普遍?？招碾娍箖烖c是不會產生磁飽和問題，缺點是在運行中設備周圍的磁場比較強、周圍金屬易產生渦流和形成環流及產生電磁干擾、占用空間較大等，適合室外使用。近年來，干式電抗器在使用中損壞較多，也多見報道[2-3]。

本文將結合多起干式空心并聯電抗器損壞實例，對損壞的原因進行分析，并提出了防范措施。

1 案例

1.1 案例1

某500kV 變電站某日下午15 點左右，變電站值班員在巡視中發現35kV 1 號主變2 號電抗器B相基座上熔有銀白色金屬，防雨罩下表面有燒黑痕跡。此時電抗器還在運行中，查看電流、電壓等情況，無明顯異常。值班員立即報告調度，經許可后將該電抗器轉為冷備用狀態。經檢查為電抗上部調匝環燒毀，經返廠后修復。該設備為新投設備，投運時間1年左右。該電抗容量為20000kvar，額定電壓34.5kV。

圖1 干抗損壞情況

1.2 案例2

某500kV 變電站某日，35kV 1-2L 低壓電抗器過流Ⅱ段保護動作跳開35kV 1-2L 低壓電抗器斷路器。錄波圖顯示，故障后870ms 過流ΙΙ 段動作三相跳閘。

35kV 1-2L 低壓電抗器A 相上部防雨罩有煙熏痕跡，第1 與第2 包封間一氣道的引拔棒掉落地上；A 相電抗器下部靠內側第1、第2 包封間局部有過火較重，第3、第4 包封端部局部過火，損傷較輕。

圖2 電抗器下部鋁排（正面）

圖3 電抗器下部放電痕跡

圖4 下部鋁排（背面）

圖5 上部第一包封出線熔斷及放電痕跡

觀察燃燒嚴重的氣道內部，發現該氣道內第1包封與第2 包封表面已經燒黑，其中第1 包封表面向第2 包封方向鼓出，鼓出位置約為第1 包封軸向的中部位置；疑似第1 包封中部位置存在故障。經解體后發現第1 包封中部存在匝間放電斷線情況。

該組設備自投運至損壞運行時間共兩個月，投運以來該組電抗最大運行電壓為38.23kV（該電抗額定電壓為34.5/ 3 kV，容量為20000kvar）。

1.3 案例3

某500kV 變電站3月1日00:12:54，35kV3 號低壓電抗器ΙΙ 段過流動作（時限0.5s）,該組干抗斷路器跳閘。避雷器未動作。該電抗器僅投運幾天即發生損壞。該電抗額定電壓為34.5/ 3 kV，容量為20000kvar。

圖6 干抗損壞情況

圖7 干抗解剖情況（第8 包封內側）

1.4 案例 4

在連續發生多起電抗器損壞后，對運行中的干式空心電抗進行了檢查。檢查中發現3 起干式電抗器包封引出線外部斷線。外部斷線的電抗在運行中尚未發生任何異常，之后對斷線進行了補焊修復。

2 原因分析

干式空心電抗器的損壞原因主要有局部溫升過高、匝間絕緣擊穿等。這些原因最終引起匝間短路形成閉合回路，在電磁感應作用下產生很大的環流，使鋁線溫度迅速升高并熔化（形成較大的熔洞或局部導線熔化）。若故障點在包封中，則會迅速產生火焰并向氣道兩側噴出，致使缺陷擴大使電抗器燒損。

2.1 材料質量及工藝控制原因

電抗器設計時，盡可能使導線與絕緣材料膨脹系數相近，避免產生絕緣開裂。通常選用鋁線而不選用銅線，是因為銅線膨脹系數與絕緣材料的相差較大，易開裂[4]?？招碾娍蛊鞑捎娩X線進行繞制，鋁線可能存在起皮、夾渣、毛刺等缺陷，或在繞制過程中引起鋁線損傷；這些有可能引起運行中導線斷線、放電損傷匝間絕緣。

目前空心電抗繞制基本采用濕法繞制，即電磁線及玻璃纖維等絕緣填充材料經過未凝膠固化的環氧樹脂浸潤后一起繞制，繞制完成后置入高溫烘爐進行固化。這種方法對環境的溫度、濕度要求較高，繞制中控制不嚴容易吸潮及帶入雜質。

若鋁線焊接質量不良，可引起包封局部溫度過高或斷線等。

2.2 設計欲度

因匝間絕緣強度足以承受2 倍的過電壓，因此電抗器投切過程中產生的過電壓不是故障的原因[3]。

運行中會存在電抗器在高于額定運行電壓下運行的情況（此電壓低于最高系統運行電壓），此時若設計時導線的電流密度選的過大，將會使電抗器各包封溫升升高，引起整體發熱；若存在異常熱點，將可能導致匝間絕緣損壞直至電抗器損壞。因此，制造廠應合理選擇設計欲度，避免在系統電壓較高下包封出現異常溫升而損傷絕緣情況發生。

2.3 斷線的原因

斷線的部位主要有包封外部引出線斷線與包封內部斷線。包封外部斷線的原因主要有運輸、安裝過程中導線被碰損或導線焊接質量不良引起。包封內部斷線的原因可能為導線夾渣、起皮，在運行中局部過熱而熔斷；或導線匝間絕緣不良，在運行中匝間放電而使導線受損直至斷線。

因電抗器為多根導線并繞結構，斷線后電抗器各包封導線中的電流將重新分配。根據制造廠的計算結果，斷線1 根導線后，剩余導線中某根導線電流值將變為正常時的1.2 倍，因發熱量與電流的平方成正比，則發熱量變為原來的1.44 倍；可見，斷線后個別包封將出現溫升異常升高。包封溫升異常升高后，將使匝間絕緣迅速劣化，引發電抗損壞。

3 結論

1）從制造廠角度考慮，電抗器制造過程中應加強工藝控制，避免導線夾渣、毛刺、焊接質量不良等發生，合理設計電抗器溫升水平，從根本上杜絕電抗器損壞發生。

2）在運輸及安裝過程中，應特別關注各包封引出線及調匝環（若有），避免誤碰引起導線或絕緣損傷。

3）由于干式空心電抗器為免維護設備，預防性試驗規程中對干式電抗器的試驗項目為：阻抗測量（必要時）、紅外測溫（1年或必要時）。目前,已要求定期開展干抗紅外測溫，但僅能測試到干抗外部包封溫度，很難發現干抗內部包封的溫度異常情況。

4）目前，已要求定期開展直流電阻測試，判斷依據主要根據所測電阻值與出廠值的偏差推算并聯導線中是否存在斷線及斷線的根數。結合制造廠的計算,通常導線斷線1 根直流電阻偏差接近1%；并結合縱向、橫向比較進行判斷，以提高判斷的準確性。實踐證明，可有效發現斷線情況。

另外，在維護中需要加強電抗器外部引線斷線的檢查，發現斷線時應及時補焊；并且還需要積極尋找其他更有效的電抗狀態檢測手段。

[1] 葉占剛.干式空心電抗器的結構特點及其使用壽命的分析[J].變壓器,1995,32(8):23-25.

[2] 李勝川,崔文軍,于在明,等.500kV 變電站干式并聯電抗器故障分析與建議[J].變壓器，2010,47(10):69-73.

[3] 錢之銀，楊凌輝，朱峰,等.并聯干式電抗器故障原因分析[J].華東電力,2000(12):10-13.

[4] 付銀倉.關于戶外干式空心電抗器的設計[J].電力電容器與無功補償,2008,29(6):15-19,39.