高頻脈沖振蕩法在電抗器匝間絕緣檢測中的應用

云南電網有限責任公司文山供電局 蔣體浩云南文山電力股份有限公司 李月芹

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高頻脈沖振蕩法在電抗器匝間絕緣檢測中的應用

云南電網有限責任公司文山供電局 蔣體浩
云南文山電力股份有限公司 李月芹

【摘要】電抗器作為變電設備的重要組成部分，對電網的穩定運行有著極其重要的作用，由于電抗器在長期運行過程中不可避免產生絕緣問題;因此，及時發現電抗器的匝間絕緣問題十分必要；本文為探索電抗器匝間絕緣檢測的判別方法，利用高頻脈沖振蕩法對電抗器匝間絕緣進行測量分析，有效發現電抗器的匝間絕緣故障，證實現場用高頻振蕩法進行電抗器匝間試驗的可行性和適用性。

【關鍵詞】電抗器；高頻脈沖振蕩法；匝間絕緣；振蕩頻率；應用

1 引言

干式空心電抗器具有結構簡單、線性度好、損耗低、維護方便等優點，在變電站內被廣泛采用。然而由于電抗器的使用狀況、維護管理、生產工藝等方面的原因， 電抗器匝間絕緣情況常有發生。一是由于電抗器存在匝間絕緣缺陷或者短路，直接使整個電抗器的電感量變化，造成電抗器的頻率變化；二是由于短路匝的出現，短路匝將在電抗器內產生很大的環流，削弱電抗器的磁場強度，使電抗器的電感量L減少，從導致整個電抗器的電壓和電流衰減速度加快；三是由于短路匝的出現，將打破電抗器固有的磁勢平衡關系，引起電抗器中的電流分配關系變化，從而使整個電抗器的電壓和電流衰減速度加快；綜上所述，若不及時發現電抗器存在的匝間絕緣故障，將造成設備停運及其它重大運行事故。

因此，對電抗器存在的匝間絕緣故障及時發現是非常重要和必須的，本文提出對高頻脈沖振蕩法在電抗器匝間絕緣檢測中的應用，利用匝間過電壓檢測和局部放電量檢測電抗器在標定電壓下的頻率和電感量的變化情況，有效發現電抗器匝間絕緣故障。

2 現狀分析

由于電抗器長期處于戶外嚴酷的運行環境中，大氣中的粉塵將在電抗器的表面集聚，會出現不同程度的污物沉積，導致表面泄漏電流增大；同時由于電抗器表面噴涂的絕緣性材料出現粉化、脫落現象，加之在潮濕環境下，電抗器表面污層直接受潮，這使得表面電場集中區域的水分蒸發較快，造成電抗器表面部分區域出現龜裂，引起電抗器的局部電阻改變；電流在該處形成局部的電弧，隨著時間的推移，電弧不斷發展并擴大，在電抗器表面形成樹枝狀爬電痕跡，形成沿面樹枝狀放電；加之電抗器運行中會產生很大的拉應力，雖然電抗器是經高溫固化的一個整體，雖能抗很高的拉引力，但在每個包封的多層鋁線間，會由于環氧膠未浸透或繞線不密實而在運行中振動，從而可能會使某根鋁線焊點脫開或處于似斷非斷的狀態，電抗器直流電阻增大；目前，從國內對干式空心電抗器的運行情況表明，線圈的匝間絕緣下降誘發電抗器損壞事件比例很高，嚴重時直接造成電抗器燒毀；所以電抗器制造廠家在不斷提高電抗器制造質量，從外購件的準入，改進包封封裝工藝、提高結構絕緣等關鍵環節的管控，而運行維護單位也在提升電抗器的運行維護水平，摸索新的、有效的電抗器的檢測試驗方法，不斷掌握并擁有檢測電抗器是否存在匝間絕緣缺陷的能力。

3 高頻脈沖法的應用理論分析

3.1 高頻脈沖法的基本原理

對大容量干式空心電抗器進行匝間絕緣試驗，向電抗器施加高頻電壓，可以從電抗器電感量的變化判斷有無內部缺陷，原理電路如圖1所示。

圖1　電抗器匝間絕緣檢測電路原理圖

圖1中：T高壓試驗變壓器；SS高壓整流硅堆；R0保護電阻；Rh電阻分壓器高臂電阻；Rl電阻分壓器低臂電阻；G放電球隙；C高壓儲能電容器；Ch電容分壓器高臂電容；Cl電容分壓器低臂電容；L電抗器試品。

試驗時先對電抗器施幅值為40kV的電壓，觀察并存儲示波器的波形以供比較；然后調整調壓器輸出電壓和球隙，按相關試驗標準規定施加一分鐘較高幅值(80kV)的電壓，并錄取示波器的波形。通過比較上述兩個波形的振蕩周期，若在全電壓下出現匝間短路現象，兩個波形的震蕩周期和頻率不同，在一個周期內相位差往往不是很大，但在震蕩若干周期后，兩個波形的相位將產生明顯的差異，顯現出前后兩種試驗電壓下振蕩頻率和電感量的變化。由于加壓時間較長(1分鐘)，放電次數頻繁(50Hz電源供電時，每分鐘連續放電5000次，每次達數十微秒以上)，注入電抗器的能量遠大于常規的雷電沖擊試驗。

3.2 高頻脈沖測試技術

在L與C阻尼振蕩過程中，如果電抗器有匝間絕緣缺陷現象，則由于電抗器線圈匝數隨之變化，導致整個電抗器的電感量變化，反映出整個振蕩電路的振蕩頻率也隨之變化；而電抗器短路匝內的環流將造成電抗器的損耗增加，使整個振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。因此，通過比較電抗器在額定電壓下兩端的電壓波形變化趨勢，可以判斷出電抗器線圈是否存在匝間絕緣缺陷。

4 應用試驗

4.1 高頻脈沖測試方法

對于單個電抗器，在電抗器兩端分別施加標定電壓和試驗電壓進行試驗；一般來說，標定電壓一般不超過試驗電壓的35%。通過比較標定電壓和試驗電壓測得的電壓波形，觀察過零點的變化和衰減速度的快慢來判斷絕緣是否完好。對于兩個相同的電抗器，可以通過對他們之間的電壓波形變化來判別絕緣是否完好。此外，若電抗器有匝間絕緣問題存在，在加壓試驗過程中通常會同時出現異響、煙霧以及爬電等現象，這些可以作為電抗器健康狀況的判斷依據。

4.2 試驗數據分析

被試電抗器類型　串聯電抗器電壓等級　35kV標稱電感量　5.77mH試驗方式　震蕩波匝間過電壓試驗試驗數據A相標定電壓（kV）　35.6　高壓電壓（kV）　128標定頻率（kHz）　35.93　高壓頻率（kHz）　35.96標定電感量（mH）　5.95　高壓電感量（mH）　5.94波形圖：結論　正常B相標定電壓（kV）　37.5　高壓電壓（kV）　128.6標定頻率（kHz）　36.42　高壓頻率（kHz）　36.43標定電感量（mH）　5.80　高壓電感量（mH）　5.79波形圖：

結論　正常C相標定電壓（kV）　37.5　高壓電壓（kV）　128.1標定頻率（kHz）　35.79　高壓頻率（kHz）　35.77標定電感量（mH）　6.00　高壓電感量（mH）　6.01波形圖：結論　正常

4.2.1 無絕緣缺陷時電壓波形對比結論：通過縱向比較單個電抗器的絕緣正常；橫向比較電感量誤差小于3%，振蕩衰減頻率小于2%；電抗器匝間絕緣正常。

4.2.2 無絕緣缺陷時電壓波形對比

標稱電感量　5.766mH A相標定電壓（kV）　46.3　高壓電壓（kV）標定頻率（kHz）　高壓頻率（kHz）標定電感量（mH）　高壓電感量（mH）波形圖：結論　絕緣有缺陷，B相標定電壓（kV）　41.6　高壓電壓（kV）　128.1標定頻率（kHz）　36.19　高壓頻率（kHz）　36.17標定電感量（mH）　5.87　高壓電感量（mH）　5.88波形圖：結論　正常C相標定電壓（kV）　40.9　高壓電壓（kV）　128.9標定頻率（kHz）　35.09　高壓頻率（kHz）　35.1標定電感量（mH）　6.24　高壓電感量（mH）　6.24波形圖：結論　正常

結論：從試驗數據可以看出BC相的電感量誤差6.3%，頻率誤差在3%，疑是由于A相出現問題，長時間相不平衡運行，導致BC也不一致，BC相建議重點觀察；而 A相，絕緣存在故障，在衰減振蕩試驗過程中衰減波形明顯變快，在復測的情況下（對端加壓），還是出現同樣波形；疑是內部已經存在匝間短路。

5 結論

通過高頻脈沖振蕩法測量電抗器的電感量誤差、頻率誤差、直流電阻來綜合判斷電抗器的健康狀況，當電抗器的匝間存在絕緣薄弱或短路時，采集的電壓和電流波形衰減程度要比無絕緣缺陷電抗器波形衰減的快；衰減振蕩電壓和電流波形要比無絕緣缺陷電抗器情況的頻率高；將其中電壓、電流波形衰減快的電抗器排除，選擇電感量誤差、頻率誤差穩定的單體電抗器來組成組，為電力系統無功補償提供有效的保障。

6 結束語

當前單純依靠測量電抗器的直流電阻、耐壓試驗和局放試驗很難反應出來電抗器的制造工藝不均衡問題。本文通過高頻脈沖振蕩法測量電抗器的匝間絕緣來驗證電抗器的健康狀況，實踐表明通過比較電抗器兩端電壓波形的衰減速度和過零點位置可以準確判斷電抗器是否存在匝間絕緣缺陷，證明高頻脈沖振蕩測試方法能夠有效檢驗大容量并聯電抗器是否存在匝間絕緣缺陷，可作為判斷電抗器絕緣性能的一項重要指標；并可逐步取代傳統測量電抗器的直流電阻、耐壓試驗來判斷蓄電池的健康狀態。

參考文獻

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[4]張良.35kV干式空心電抗器匝間絕緣現場試驗[J].電機與控制學報,2014,6.

蔣體浩（1976—），男，工程師，本科，現供職于云南電網有限責任公司文山供電局。

李月芹（1974—），女，工程師，本科，現供職于云南文山電力股份有限公司。

作者簡介：