500 kV高壓并聯電抗器故障分析及處理

安　濱，陳仁剛，林俊年

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南　250118）

500 kV高壓并聯電抗器故障分析及處理

安濱，陳仁剛，林俊年

（國網山東省電力公司檢修公司，濟南250118）

為解決某500 kV變電站高壓并聯電抗器乙炔超標的問題，利用油色譜及超聲波局放檢測相結合的方法，對故障類型和位置進行分析判斷，得出乙炔超標是由懸浮放電產生的結論，并利用超聲法對故障點位置進行準確定位。排油內檢后驗證了分析結論的正確性。最后，結合實際情況提出了相應的處理措施和反事故措施。

高壓并聯電抗器；色譜分析；超聲波局部放電；故障診斷；乙炔超標

0　引言

并聯電抗器是接在超高壓電網線路上的大容量電感線圈，用來進行無功調節，解決電網無功功率過剩，電壓偏高的問題，從而提高電力系統的穩定性。并聯電抗器在500 kV電網運行中起著非常重要的調壓作用。

隨著我國超高壓電網的不斷完善，掛網運行的并聯電抗器日益增多，且其故障數量明顯高于同電壓等級的變壓器，如果不防患于未然，將會危及電力企業安全生產。電抗器故障分為內部故障和外部故障，內部故障主要是由電抗器本身的振動導致，表現為內部螺栓的松動、均壓球的斷裂等；外部故障主要表現為電抗器套管的沿面放電、器身的滲漏油等。一旦電抗器發生故障，如果處理不及時就會導致事故的擴大，危及電力系統安全運行［1］。以一起500kV高壓并聯電抗器故障為例，詳細分析其故障原因及處理過程，并提出具有針對性的預防措施。

1　故障概述

某500 kV高壓并聯電抗器 （簡稱高抗），型號BKD-50000/500，于2012-09-21投產。2014-04-10進行常規絕緣油色譜試驗時，發現A相高抗色譜數據乙炔含量超標，懷疑高抗內部出現故障，隨即對其進行跟蹤測試，檢測結果如表1所示。

表1　電抗器歷次色譜分析數據

2　故障檢測與分析

2.1油色譜檢測與分析

氣體色譜分析是診斷充油電力設備內部故障的重要方法，具有診斷及時、準確的特點［1］。正常運行情況下，電抗器內部的絕緣油，在熱和電的作用下，會分解產生少量的一氧化碳、二氧化碳以及低分子烴類等氣體，這些氣體大部分溶解在絕緣油中，但在物理上難以分離。根據這些氣體與油的保護和循環系統、含水量、溫度、負荷等因素之間的關系，可以通過分析這些氣體來判斷設備是否發生故障。有故障時，會加速這些氣體的產生，但是不同故障的特征氣體和次特征氣體不同［2］。由表1可以看出，乙炔超過DL/T 722—2000《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》規定的1 μL/L的注意值。在追蹤分析時，各種特征氣體的含量均有上升趨勢，所以初步斷定該電抗器存在內部故障。

2.1.1總烴產氣速率判定法

由于多數故障的起始狀態屬于低能量的潛伏性故障，隨著時間積累易發展成含能量較高的嚴重故障［3］。因此，僅僅根據特征氣體含量的注意值，難以準確地判定電抗器故障的嚴重程度。特征氣體的絕對產氣速率可以直觀反映出故障的發展趨勢，需對其進行分析以對故障做出正確判斷。

當油中特征氣體乙炔的含量超過正常注意值1 μL/L時，需采用絕對產氣速率法判斷故障的嚴重程度。絕對產氣速率為

式中：γa為絕對產氣速率，mL/d；Ci1為第一次取樣測得油中氣體濃度，μL/L；Ci2為第二次取樣測得油中氣體濃度，μL/L；Δt為二次取樣時間間隔中的實際運行時間，d；G為設備總油量，t；ρ為油的密度，t/m3。

電抗器絕對產氣速率注意值如表2所示［3］。

表2　電抗器（變壓器）的絕對產氣速率注意值　mL/d

根據表1中的數據，從4月17日取樣到4月24日取樣之間（7天）由式（1）計算得到乙炔的絕對產氣速率γ1＝（1.25-1.17）/7×18.2÷0.865＝0.24（mL/d）；從4月24日取樣到5月1日取樣之間（7天）計算得到乙炔的絕對產氣速率 γ2＝（1.36-1.25）/7×18.2÷ 0.865＝0.33（mL/d）。

從4月17日至5月1日每相鄰兩組數據計算的絕對產氣速率均大于注意值0.2 mL/d。因此，根據絕對產氣速率可以進一步判斷電抗內部存在故障。

2.1.2三比值法

三比值法通常是判斷變壓器和電抗器等充油電氣設備故障性質的主要方法，因此，采用三比值法可以對設備的故障程度做出進一步判斷。根據氣體（CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2）的含量值，對3對比值進行編碼，編碼規則如表3所示。根據編碼可對故障類型進行判斷，編碼與故障類型的對應關系如表4所示［3］。

由表 1的數據計算可得，φ（C2H2）/φ（C2H4）、φ（CH4）/φ（H2）、φ（C2H4）/φ（C2H6）對應的編碼組合為1∶2∶2［4］。由故障類型的判斷方法（表4），可以判定電抗器的故障為低能量放電兼過熱。

表3　編碼規則

表4　三比值編碼與故障類型對應關系

2.2超聲波局放檢測與分析

超聲波局部放電檢測技術是一種應用相對成熟的帶電檢測方法。設備局部放電時都會產生超聲波，產生的超聲波會向周圍介質傳播，超聲波局放檢測就是通過安裝在電抗器油箱壁上的超聲波傳感器將監測到的超聲波信號轉換為電信號，進而判斷局部放電水平。同時，通過將超聲波信號探頭放到不同位置，可以確定局部放電的位置，實現對局部放電位置的準確定位［5］。

對A相電抗器四周器身進行超聲波局放檢測，試驗人員在高壓套管和中性點套管，如圖2所示。下部油箱檢測到放電信號，如圖1所示，A相高壓套管下部油箱檢測到的信號幅值較大且具有周期性，屬于典型的局部放電圖譜，A相中性點套管周圍的信號幅值較小，不屬于局部放電圖譜，初步懷疑此信號為高抗內部鐵磁介質由于磁致伸縮而引起的振動噪聲，為進一步確定結果，對B、C兩相中性點套管相應位置處進行超聲波局部放電檢測，如圖3、圖4所示，可以看出B、C兩相中性點相應位置也檢測到類似的超聲波信號，由此可以判斷出放電點應在A相高壓套管周圍。為進一步對故障進行精確定位，試驗人員在高壓套管周圍設置4個探頭，其中探頭1、2、3發現超聲信號，探頭4未發現超聲信號，探頭1、2、3均位于高壓套管均壓球周圍，通過以上超聲波局放結果分析，高抗的放電位置應該在高壓套管均壓球位置或是高壓側器身相應位置。

2.3故障原因分析

綜上檢測分析可知，此次故障屬于電抗器內部故障，通過電抗器內部的油色譜分析判定此次故障為低能量放電兼過熱缺陷，低能量放電通常是不同電位之間由于接觸不良產生懸浮電位，進而產生放電，主要是由連接螺栓松動所致。結合超聲波局放定位檢測可以得出，產生此次電抗器故障的原因可能為高壓套管尾部與均壓球連接處螺栓松動或高壓側器身某處鐵螺栓松動。

圖1　A相高抗高壓套管超聲波局放圖譜

圖2　A相高抗中性點套管超聲波局放圖譜

圖3　B相高抗中性點套管超聲波局放圖譜

圖4　C相高抗中性點套管超聲波局放圖譜

3　現場檢查及反事故措施

3.1現場檢查

通過對電抗器內部螺栓的檢查，發現高壓套管尾部與均壓球連接螺栓的上螺栓松動，如圖5所示，這與超聲波局放的檢測結果一致，驗證了之前故障分析的正確性。根據現場檢查結果分析，高壓套管尾部與均壓球連接螺栓在生產過程中可能存在螺栓緊固值不達標的問題，長時間運行后由于振動螺栓進一步松動，導致此處產生懸浮電位，進而產生放電產生乙炔。將該螺栓緊固，投運后至今運行正常。

圖5　松動螺栓位置示意

3.2反事故措施

為避免此類故障再次發生，提出防范措施包括：加強電抗器的出廠監造，特別是加強電抗器內部緊固件的質量管控力度，確保電抗器出廠質量；在日常運維中，定期進行油色譜試驗，以便發現電抗器的早期缺陷，當發現故障時，縮短油色譜試驗周期，有效掌握電抗器故障的發展情況；綜合利用超聲波局部放電試驗技術進行檢查，準確判斷高抗故障情況，進而及時停電檢修，防止高抗故障的進一步擴大，以減少損失。

4　結語

針對500 kV某變電站并聯高抗出現乙炔的情況，通過電抗器油色譜分析和超聲波局放試驗確定了高壓套管尾部與均壓球連接螺栓松動是產生乙炔的主要原因，并且準確定位了故障位置，現場排油內檢后，驗證了分析的正確性，并且針對此次故障原因提出了相應的反事故措施，為以后進行相關設備的檢修提供了經驗，為電抗器的安全穩定運行奠定了基礎。

［1］王偉，韓金華，李德志，等.河南電網500 kV并聯電抗器運行狀況分析［J］.高壓電器，2009，45（4）：82-85.

［2］魏東亮，肖魁歐.藺河500 kV變電站藺廉線電抗器油色譜異常原因分析及故障處理［J］.河北電力技術，2003，22（4）：38-40.

［3］DLT 722—2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則［S］.

［4］付漢江，周濤，劉歡.用氣相色譜分析法診斷電抗器故障［J］.電力設備，2005，6（6）：59-62.

［5］徐亮，顧巖，郭延龍.兩種檢測方法聯合診斷電抗器放電故障［J］.山東電力技術，2013，40（6）：21-23.

Fault Analysis and Treatment of 500 kV Substation Shunt Reactor

AN Bin，CHEN Rengang，LIN Junnian
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

To solve the problem of excessive acetylene for high-voltage shunt reactor in 500 kV substations，the fault type and location are analyzed and judged by means of the combining method of oil chromatographic analysis and ultrasonic partial discharge.Inspection results indicate that the cetylene is produced by suspended discharge，and the fault point is accurately positioned by the ultrasonic method.With the oil discharged，internal checking results verify the correctness of the previous conclusion.Finally，combined with actual situation，treatment measures and anti-accident measures are put forward.

high-voltageshuntreactor；chromatographicanalysis；ultrasonicpartialdischarge；faultdiagnosis；excessiveacetylene

TM472

B

1007-9904（2016）01-0077-04

2015-08-09

安濱（1990），男，助理工程師，從事變電檢修工作；

陳仁剛（1984），男，工程師，從事變電檢修工作；

林俊年（1989），男，從事變電檢修工作。