干式空心電抗器全包封防潮工藝分析

貴州電網有限責任公司凱里供電局 張鳳如 蔣友權 錢孝祥 何 軍 陳 浩 王正平

干式空心電抗器全包封防潮工藝分析

貴州電網有限責任公司凱里供電局 張鳳如 蔣友權 錢孝祥 何 軍 陳 浩 王正平

干式空心電抗器由于其特殊的結構和材料構造特點，在長期運行過程中容易出現包封受潮現象，包封受潮是電抗器線匝間短路，最終導致設備損壞燒毀的重要原因之一。本文介紹了一種適用于干式空心電抗器全包封防潮工藝的特點，通過研究防潮涂料黏度、靜置時間與成膜厚度之間相互影響的關系，探究出了一種較好的工藝條件：涂料黏度范圍在70S-80S之間，靜置時間為5min，在此工藝條件下涂層厚度均勻、附著力好，涂層厚度達到0．2mm-0．3mm工藝要求。結合最佳工藝條件，進行干式空心電抗器全包封防潮工藝實施，可以有效提高設備的防潮性能，從而延長設備的使用壽命。

干式空心電抗器；全包封；防潮；使用壽命

引言

作為變電站內無功補償的重要設備，干式空心電抗器主要功能是向電力系統提供無功功率，提高功率因數，達到減少損耗、壓降，改善電能質量、電網運行穩定性的目的［1-2］。然而隨著電抗器投運時間的累積，不少電抗器都出現線圈受潮、溫度分布不均衡、局部放電過熱、絕緣燒損等現象［3-4］，為防止電抗器因線圈受潮或絕緣老化，目前多采用在電抗器表面噴涂絕緣防潮涂料的方法[5]。通過有限元計算軟件分析涂覆絕緣涂料后的電抗器電場強度[6]，結果表明絕緣涂料對環氧樹脂包封絕緣表面防護具有良好的性能。

然而由于電抗器氣道狹長，普通氣槍噴涂方法不能使涂層完全覆蓋電抗器全表面，涂層的有效覆蓋率直接影響著防潮保護作用的效果。通過氣槍噴涂的方法，絕緣涂料只能是局部覆蓋電抗器表面，并且涂層的厚度不均一，導熱效率也必定不相等，可能會導致電抗器運行中各部位溫度差異較大，影響電抗器運行穩定性。

涂層覆蓋率嚴重制約性能優良的絕緣防潮涂料在電抗器中的應用，傳統的施工工藝已不能滿足電抗器絕緣防護的需求，目前急需一種真正使絕緣涂料完全覆蓋電抗器全表面的施工工藝。下面將介紹一種新型的干式空心電抗器全包封防潮工藝，該工藝有效解決了涂料覆蓋率的問題，理論上涂料覆蓋率達100%。完善的全包封防潮工藝結合性能優良的絕緣防潮涂料，可以有效降低事故發生率、延長電抗器的使用壽命。

1.國內干式空心電抗器應用現狀

在電網建設初期，各大電網以裝設高壓并聯電抗器為主，隨著電網的發展，電網出現了大量的35Kv和66kV的低壓電抗器，這些電抗器主要是干式空心電抗器；最初這些干式電抗器多數從國外進口，在運行一段時間后，出現了一些問題。由于國內企業在樹脂絕緣干式空心電抗器技術上的攻克，干式空心電抗器的市場逐步被國內廠家生產的低壓電抗器占領。

由于樹脂絕緣干式空心電抗器技術進入我國較晚（二十世紀九十年代），企業在技術消化吸收、轉化為產品過程中有一個認知發展過程，從發生燒毀的產品看，早期由于企業對生產工藝的控制并不充分、技術控制也不成熟，一些產品存在局部包封溫度高、包封的密實性不好導致燒毀的問題（一般以2000年左右作為分界點），2000 年之前的產品，匝間短路發生的原因有三個，局部過熱、包封受潮、局部放電。2000 年之后的產品，由于廠家不斷改善制作工藝，通過半成品調匝、溫升測試等[7]，基本解決了干式電抗器局部過熱的問題，發生匝間短路的主要原因為包封受潮和局部放電。

干式空心電抗器一般采用鋁線做載流導線，鋁導線外層包覆聚酯薄膜[8]。干式電抗器在繞制過程中，導線也要承受一定的拉緊力；干式電抗器固化成型后，整個結構是硬的、脆性的，而電抗器帶電后導線發熱并熱膨脹，停電后又會冷卻收縮。然而即使包封絕緣材料選用時已充分考慮到該問題，盡量使用膨脹系數較接近的材料。但由于電抗器的頻繁投切及一投上就是滿負荷工作的較苛刻的運行工況，從實際運行情況看，這個變形問題并未得到有效的解決。所有這些都易引發環氧玻璃纖維樹脂層老化開裂。

有研究表明，在干式空心電抗器的基建環節，由于安裝工藝不到位導致強烈漏磁[9]，引起干式空心電抗器本體或周圍部件（支撐件、底座接地扁鐵、螺栓等）環流或渦流發熱，雖然這種發熱不會立刻導致電抗器燒毀，但是高溫會加速絕緣材料老化，經過一段時間的運行，最終損傷電抗器甚至使電抗器燒毀。為解決安裝不到位的問題，采取的措施主要有：規范干式空心電抗器的安裝工藝，要求嚴格按照安裝設計圖紙進行施工，嚴禁自作主張造成安裝工作的失誤失察；電抗器與支柱絕緣子連接起支撐作用的金具應盡量用玻璃鋼等非導磁性材料；電抗器接地材料采用銅接地材料，其薄度和厚度在保證泄流能力的前提下盡量小。

綜上所述，大部分干式空心電抗器燒毀的直接原因是起絕緣作用的環氧樹脂老化損壞，一旦絕緣材料老化開裂，空氣水汽分子容易滲入電抗器氣道內表面，使得包封受潮，短路電流劇增，進而引發局部過熱、匝絕緣損傷，最終損傷電抗器甚至使電抗器燒毀。采用全包封防潮工藝對干式空心電抗器進行處理可以從根本上高效地解決這一問題，全包封防潮工藝有效阻隔了潮氣對環氧樹脂的侵襲，有效延緩環氧樹脂的水解老化，增強匝間絕緣性能。

2.干式空心電抗器全包封防潮工藝特點

干式空心電抗器全包封防潮工藝有以下一些特點：

（1）采用全包封防潮工藝處理的電抗器全表面涂層厚度均勻、附著力好；

（2）可做到設備的全表面有效防護，極大提高了涂層的覆蓋率，覆蓋率可達100%；

（3）噴注漫涂工藝有效改善了氣槍噴涂施工過程中涂料霧化時向周邊環境飄散的問題，由于沒有涂料霧化飄散的問題，提高了涂料的利用率，符合節能環保的理念；

（4）提高了設備的絕緣性能、電氣性能和機械性能，有效降低了設備因材料老化而發生故障的幾率，真正起到有效的防護作用。

3.工藝改進試驗

3.1 試驗目的

為了進一步完善干式空心電抗器全包封防潮工藝，得出最佳的施工工藝條件，我們對防潮涂料黏度、靜置時間與成膜厚度之間的關系進行了試驗分析。

3.2 試驗步驟

（1）對試驗用的干式空心電抗器氣道進行按順序編號，以便試驗數據的記錄；

（2）對干式空心電抗器氣道進行清潔，清潔完畢后使用專用工具對電抗器氣道底部進行封堵，使得氣道形成一個上面敞口，下面密閉的半封閉容器式操作工況；

（3）將涂料黏度調節至試驗所需的數值，使用專用噴注裝置將涂料注入氣道內；

（4）涂料充滿氣道立刻開始計時，靜置時間達到試驗設定值后立即解封底部，使涂料自然流入回收容器；

（5）漫涂步驟到此結束，待涂層靜置固化后，對涂層進行切片檢測膜厚。

注：黏度測定方法為巖田黏度杯法[10]。

3.3 試驗分析

試驗過程如下：選取52S、60S、63S、70S、80S和114S這6個黏度梯度的涂料進行試驗，每個黏度梯度分別進行3個不同靜置時間的試驗，靜置時間為1min、3min和5min。對得出的涂料黏度、靜置時間及涂層厚度進行數據分析，結合實際需求，可以得出最佳的施工黏度和施工靜置時間。

結合試驗數據得出以下關于涂料黏度、靜置時間以及膜厚之間三者關系折線圖：

圖1 不同靜置時間涂料黏度與膜厚關系圖

圖2 不同黏度靜置時間與膜厚關系圖

結合圖1和圖2分析可知，成膜厚度是涂料黏度和靜置時間兩者綜合作用的結果，三者基本關系為涂料黏度越大、靜置時間越長，成膜厚度越厚。全包封防潮工藝要求涂層膜厚在0.2mm-0.3mm之間，涂層太薄起不到防潮絕緣的保護作用；涂層太厚，可能會對電抗器的散熱有一定影響，而且，工程效率降低，工程成本上升。

黏度是流體的主要物理特性，涂料的黏度對其性能的影響至關重要。大部分涂料的技術指標中明確地把黏度作為一項重要的常規檢測指標，規定涂料黏度的生產范圍及使用范圍。這不僅是為了使涂料的質量相對穩定，更重要的是使施工后涂層的綜合性能，如附著力、裝飾性等達到要求。如果為了減少溶劑用量，盲目最求高涂料黏度，將會增大涂料的流動阻力，使涂料流動性變差；由于涂料黏度高，涂膜表面固化所需時間短，涂料流痕來不及流平，可能導致涂膜的厚度不均一。

靜置時間是指漫涂過程中涂料在氣道內的停留時間，靜置時間應該結合施工工藝確定，靜置時間太短，涂層沒有得到充分的成膜；靜置時間太長，涂層成膜厚度容易過厚。而且從經濟效益分析，靜置時間一定程度上影響施工進度，盡可能短的停電施工時間可以有效提高工程效率和工程質量。

通過對本次試驗數據的綜合分析，結合實際施工條件，得出如下最佳工藝條件：涂料黏度70S-80S，靜置時間5min，此條件下，涂層厚度均勻、附著力好，膜厚達到0.25mm，初步滿足工藝膜厚要求的0.2mm-0.3mm。

4.結論

干式空心電抗器包封受潮是目前較難解決的問題，采用全包封防潮工藝對干式空心電抗器進行處理，可有效提高設備的防潮性能，從而提高設備的運行使用壽命。

通過對工藝進行改進，對涂料黏度和靜置時間進行了試驗對比，結果表明：涂料黏度范圍在70S-80S之間，靜置時間為5min，在此工藝條件下涂層厚度均勻、附著力好，施工時間比較合理。隨著干式空心電抗器全包封防潮工藝愈加完善，并且形成了一套標準操作規程，相信隨著該工藝的推廣應用，能夠真正做到干式空心電抗器全表面覆蓋防潮絕緣涂料，有效改善電抗器包封受潮的現狀，提高干式空心電抗器的運行壽命，具有廣闊的應用前景。

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[3]聶喜玲,黎大健,趙堅．干式空心電抗器損壞原因分析及對策[J]．廣西電力,2013(2):29-31．

[4]王耀龍．干式空心并聯電抗器多起損壞原因分析[J]．電氣技術,2012(7):55-57．

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[6]劉學剛,周臘吾,韓慧,彭建國．PRTV涂料對電抗器繞組內層絕緣表面電場的影響研究[A]．中國電工技術學會．中國電工技術學會學術年會——新能源發電技術論壇論文集[C]．中國電工技術學會,2013:5．

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張鳳如（1969—），男，苗族，貴州晴隆人，?？?，貴州電網有限責任公司凱里供電局，助理工程師，副主任，研究方向：電力系統變電一次設備管理。