10 kV干式空芯電抗器繞組燒毀原因分析及防范措施

蘭基升，劉忠順，王海濱

(滄州供電公司，河北 滄州 061000)

1 故障情況概述

2010年6月7日，某220 kV變電站5221斷路器速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電容器組電抗器V相繞組有嚴(yán)重的燒傷痕跡，外包封開(kāi)裂，經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)為匝間短路，短路電流使電抗器燒毀。6月9日，5212電容器組發(fā)生同樣情況，電抗器V相繞組燒毀報(bào)廢。

2臺(tái)電抗器型號(hào)均為CKSCKL-864/10-12，出廠日期2003年4月，投運(yùn)日期2003年9月。事故發(fā)生當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件：大雨，環(huán)境溫度35 ℃，濕度20%。

2 試驗(yàn)分析與檢查

2臺(tái)電抗器故障情況類似，事故發(fā)生當(dāng)晚，時(shí)值天下大雨，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)備上較多積灰，2臺(tái)電抗器的V相線繞組對(duì)殼體絕緣電阻均為零，電抗器繞組燒毀，全部支持絕緣子被電弧燒灼發(fā)黑，繞組下引線固定接線螺栓與支持絕緣子底腳固定螺栓上有放電痕跡。試驗(yàn)人員對(duì)5221、5212電抗器進(jìn)行繞組的直流電阻測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)三相繞組的直流電阻數(shù)據(jù)較初始值及上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)有顯著增長(zhǎng)，直流電阻相間互差超標(biāo)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示(以5212電抗器為例)。

表1 5212電抗器直流電阻歷次測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

時(shí)間相別RUX/ΩRVY/ΩRWZΔR%2007-06-01①實(shí)測(cè)34.133.933.71.19換算至20 ℃32.2132.0231.831.192008-12-01②實(shí)測(cè)31.231.1830.950.81換算至20 ℃32.4733.3332.213.482010-06-12③實(shí)測(cè)127.713099.8930.14換算至20 ℃119.72121.8893.6530.14

注：①例行試驗(yàn)，環(huán)境溫度35 ℃；②檢查性試驗(yàn)，環(huán)境溫度10 ℃；

③故障后試驗(yàn),環(huán)境溫度37 ℃。

依據(jù)《河北省電力公司輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程(試行)》中規(guī)定：三相繞組間的差別不大于±4%(警示值)，與以前相同部位測(cè)得值比較,其變化不大于±2%(警示值)[1]。

計(jì)算得知，故障后三相繞組相互間的差別達(dá)到30.14%，三相繞組與同相初值(2007年6月7日試驗(yàn))比較，最小變化為194.22%，遠(yuǎn)超過(guò)2%的警示值[2]，連續(xù)測(cè)試多次，數(shù)據(jù)基本保持不變，認(rèn)為三相回路存在缺陷。

2010年8月23日，對(duì)因故障返廠的5221、5212電抗器V相進(jìn)行解體。該電抗器采用多層同心電感繞組并聯(lián)連接后組成總的電抗值，在絕緣筒體上用高絕緣強(qiáng)度電磁線繞4～10層繞組，繞組外部仍用浸漬過(guò)的玻璃絲、布封包成外絕緣筒，形成一個(gè)繞組單元包封，每臺(tái)電抗器通常由3～10個(gè)包封組成，包封之間由玻璃絲引拔條隔出自然冷卻風(fēng)道，整臺(tái)電抗器經(jīng)過(guò)加溫固化形成整體。

從燒毀部位看，均在繞組中部，而且燒毀面積較大，伴有熔鋁流淌，可以判斷產(chǎn)品出現(xiàn)故障延續(xù)了一段時(shí)間，如圖1所示。

(a) 紫外線防護(hù)涂層脫落

(b) 繞組匝間絕緣已變色

(c) 繞組上附著的水珠

3 故障原因分析

3.1 原因查找

a. 產(chǎn)品本身帶有毛刺、絕緣破損等固有缺陷，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)下絕緣快速老化、失效，引起產(chǎn)品匝間和層間短路，產(chǎn)品燒毀,這情況一般出現(xiàn)在投運(yùn)1年以內(nèi)的產(chǎn)品。

b. 產(chǎn)品在每次合、分閘時(shí)都會(huì)受過(guò)電壓沖擊，這會(huì)對(duì)產(chǎn)品絕緣造成一定的損害，尤其是在產(chǎn)品絕緣薄弱處，在累積效應(yīng)的情況下，這些地方的絕緣會(huì)出現(xiàn)破損失效，導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生短路燒毀，這情況一般出現(xiàn)在投運(yùn)多年后的產(chǎn)品。

c. 產(chǎn)品過(guò)載運(yùn)行。過(guò)載運(yùn)行包括產(chǎn)品超負(fù)荷

運(yùn)行，或者流過(guò)繞組的電流帶有較多的諧波成分，引起產(chǎn)品發(fā)熱嚴(yán)重，絕緣加速老化失效導(dǎo)致產(chǎn)品燒毀。從該產(chǎn)品型號(hào)選擇看，12%的電抗率與3次諧波的低阻抗通道非常接近，容易在系統(tǒng)中形成一個(gè)3次諧波的濾波通道，引起產(chǎn)品過(guò)載，發(fā)熱嚴(yán)重。

3.2 原因分析

針對(duì)燒毀電抗器的運(yùn)行及損壞情況，認(rèn)為存在以下情況：2006年前，由于變電站供電范圍內(nèi)有鋼廠負(fù)荷，諧波超標(biāo)嚴(yán)重，造成電抗器絕緣材料加速老化，逐漸失去原有的力學(xué)性能和絕緣性能;經(jīng)過(guò)7年運(yùn)行，產(chǎn)品表面的紫外線防護(hù)漆脫落嚴(yán)重，造成繞組外絕緣樹(shù)脂老化，部分包封(干式空心并聯(lián)電抗器由多個(gè)并聯(lián)的包封組成)出現(xiàn)裂紋進(jìn)水，當(dāng)水多次滲入時(shí)，造成繞組匝間絕緣損壞，出現(xiàn)匝間短路，短路線匝中電流劇增，致使電抗器燒毀，同時(shí)在高溫下導(dǎo)線部分熔化。

4 防范措施

a. 加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行的干式空芯電抗器進(jìn)行紅外測(cè)試，對(duì)溫度出現(xiàn)異常的電抗器停電進(jìn)行診斷性試驗(yàn)分析[2]。

b. 診斷測(cè)試項(xiàng)目應(yīng)檢查各相繞組的直流電阻、電抗值、損耗等基本參數(shù)是否與出廠時(shí)有明顯變化，測(cè)試數(shù)據(jù)和出廠數(shù)據(jù)有變化的設(shè)備必須停運(yùn)。

c. 對(duì)于有紫外防護(hù)涂層脫落的，應(yīng)查看包封是否有裂紋，對(duì)于出現(xiàn)裂紋的應(yīng)檢查封包是否進(jìn)水，無(wú)進(jìn)水受潮的應(yīng)采取封堵措施，包封進(jìn)水受潮處理后再采取封堵措施。

d. 校驗(yàn)系統(tǒng)過(guò)電壓水平是否超出產(chǎn)品的耐受能力，避雷器等保護(hù)元件是否正常工作。

e. 監(jiān)測(cè)產(chǎn)品運(yùn)行參數(shù)是否超出允許范圍，包括電壓、電流等[3]。

f. 檢查SVC裝置中對(duì)3次諧波的濾波通道是否真正起到作用。

g. 按照使用要求，2至3年補(bǔ)涂紫外線防護(hù)漆一次。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳天翔，王寅仲.電氣試驗(yàn)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2] DL/T 664-2008，帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].

[3] 楊昌興，華水榮.關(guān)于并聯(lián)電容器用串聯(lián)電抗器的保護(hù)問(wèn)題[J].電力電容器，2000(1)：19-22.