66kV相控電抗器燒毀故障分析

李繪妍，趙明淑，魏 曄，湯思涵，王禹霏

(國網撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

66kV相控電抗器燒毀故障分析

李繪妍，趙明淑，魏 曄，湯思涵，王禹霏

(國網撫順供電公司，遼寧 撫順 113008)

簡述了干式空芯電抗器的結構原理和用途，以及干式空芯電抗器在運行中常見的幾種故障。詳細介紹了李石寨變電站66 kV SVC用相控干式空芯電抗器燒毀事故的經過，對干式空芯電抗器燒毀事故的原因進行了論證、分析，找到設計、制造過程中，由于線圈的絕緣存在質量問題，覆膜絕緣制造工藝存在先天缺陷，導致匝間短路，致使大面積燒毀。提出了為避免此類事故再次發生，應該加強出廠及交接感應耐壓試驗。

電抗器；漏磁；局部過熱；匝間擊穿；污閃

Abstract:This paper describes the dry air core reactor structural principle and purpose, while briefly dry air core reactors in operation several common faults. It says in detail the substation 66 kV SVC with phased-dry type air core reactor burn accidents through .The dry type air core reason reactors burn accidents are demonstrated, analysis and using the popular elimination.Finally it finds the design, manufacture process.Due to quality problems insulated coil, the inter-turn short circuit, resulting in a large area burned. To avoid such accident happen again, we should strengthen the factory and handover induced overvoltage with stand test.

Keywords：reactor；leakage flux；local overheating；breakdown；pollution flashover

電抗器又稱電感線圈(L)，在電力系統中被廣泛應用，是能在電路中起阻抗(XL)作用的電氣設備。電力系統中采用的電抗器，按其繞組內有無鐵芯分為鐵芯式電抗器和空心式電抗器2種形式，油浸鐵芯式電抗器的結構與變壓器相似，主要由線圈、鐵芯和油箱等部件組成,干式空芯式電抗器實質上就是一個無導磁材料的空芯線圈[1]。

干式空芯電抗器的繞組，是用聚脂薄膜絕緣的鋁導線繞成的多個單層線圈，其首尾端是分別并聯的。層間用聚脂薄膜或間隔放入空氣氣道作為絕緣或散熱，實際上相鄰間接近同電位，故層間絕緣較可靠[2]。繞組繞成后干燥浸漬聚脂并固化，在其上下放置類似蜘蛛網狀防磁材料支架夾緊，支架下用絕緣子和撐腳固定于地面基礎，基礎混凝土的各鋼筋間需相互絕緣，不能構成回路，以防止漏磁引起渦流損耗[3]。干式電抗器是空芯的單相結構，三相組可以疊放在一起，或水平排列或三角形排列。

由于設計和制造存在先天缺陷，近幾年干式空芯電抗器事故率很高。2012年9月14日，李石寨變電站僅僅運行3天的66 kV SVC用相控干式空芯電抗器就發生燒毀事故。

1 電抗器在電力系統中的作用

電抗器在電力系統中應用很廣泛，因為電力系統隨著負荷的不斷增大，系統的短路電流也越來越大，如果不加以限制，要保持電氣設備的動態穩定和熱穩定是非常困難的。為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流；在濾波器中與電容器串聯或并聯用來限制電網中的諧波；還可以通過調整并聯電抗器的數量來調整運行電壓；另外在SVC中為保證TCR調節控制性能準確采用的相控電抗器等。

2 干式空芯電抗器常見故障及原因

2.1相間短路

由于干式空芯電抗器沒有外殼遮蔽，特別是疊裝結構的電抗器，由于其相間距離較近，如小動物或較大的鳥類竄入電抗器內，會造成相間短路故障，不但損壞電抗器，而且會引起主變壓器跳閘，造成大面積停電。

2.2匝間短路

電抗器匝間絕緣擊穿短路是引起干式空芯電抗器損壞的重要原因。由于制造工藝問題，電抗器繞組如果在某處有夾渣、毛刺等缺陷，絕緣用的聚脂薄膜就可能損壞，導致該處在運行過程中發生匝間短路，產生局部過熱，在長期的熱累積效應下，造成局部溫度過高, 產生絕緣老化，匝間短路范圍不斷擴大，使得電抗器包封電流不斷增大，最終造成從下至上貫穿性燒毀，鋁導線被燒斷，同時將引起相鄰兩包封的包封絕緣燒損[4]。

另外電抗器的電抗比較大，在運行時隨著負荷電流的增大而發熱，時間長容易導致絕緣老化引起匝間短路，在匝間短路時電抗器的相電流變化不大，但是如不及時切除，由于電抗器漏磁磁場的強烈交感作用，電弧將會危及整個線圈，造成全相短路。這時非故障相的電流達到額定電流的1.73倍，時間一長，這些線圈也會因過熱發生絕緣擊穿。

2.3樹枝狀放電

以環氧樹脂固化外包絕緣的電抗器線圈，其表面的絕緣強度也不能與表面光滑均勻的瓷套相比擬，由于線圈的對地電容和匝間縱向電容的影響，電壓分布并不均勻。在不均勻電場強度作用下，受到潮濕和污穢影響，電抗器表面電位梯度偏高的地方，空氣將局部游離形成電暈和迅速移動的分支滑閃放電[1]。空氣游離的同時將分解出臭氧和一氧化氮，這些氣體與絕緣表明的水分結合而生成亞硝酸或硝酸，它腐蝕絕緣使之炭化，在絕緣表面蝕成深槽，而降低了絕緣強度。久而久之，電抗器運行時的噪聲開始增大，本體開始松動，沿撐條將發生爬電，最終在電抗器的線圈表面發生樹枝狀放電現象，嚴重時可使電抗器起火燒毀。因此，除了線圈匝間絕緣燒損事故外，線圈表面樹枝狀放電也是導致干式空芯電抗器事故的主要原因之一。

2.4漏磁

干式空芯電抗器由于沒有鐵芯對磁通的規范，也不能采取磁屏蔽的措施，所以電抗器周圍空間存在強大的磁場。為了避免電抗器相互間以及對臨近的金屬架構和接地網電磁感應造成影響，制造廠規定了彼此間應保持的距離。

漏磁的危害：在電抗器軸向位置有接地網，徑向位置有設備、遮攔、構架等，都可能因金屬體構成閉環造成嚴重的漏磁問題，對周圍環境造成嚴重的影響。漏磁在閉環中將感應出數百安培的電流，這不僅增大電抗器的損耗，更因其建立的反向磁場同電抗器的部分繞組耦合而產生嚴重問題。如徑向位置有閉環，將使電抗器繞組過熱或局部過熱。如軸向位置有閉環，將使電抗器電流增大和電位分布改變，故漏磁對電抗器的危害很大。

2.5污閃

電抗器在戶外的大氣條件下運行一段時間(2～3年)后，其表面會有污物沉積，同時表面噴涂的絕緣材料也會出現粉化現象，形成另一種污層。在大霧或毛毛雨時，表面的污層會受潮，導致表面泄漏電流增大，產生熱量。由于電抗器的表面電場強度分布不均，在電場集中區域的水分蒸發較快，這樣就造成表面部分區域出現干弧區。在干弧區的電壓分布較高，會產生局部放電。隨著時間的增長，電弧將發展并發生合并，在表面形成樹枝狀放電，當沿面樹狀放電貫穿兩極時,形成沿表污穢閃絡。

2.6溫升

電抗器有些事故是由于運行中線圈某點溫度高，加速了聚酯薄膜老化，使其失去絕緣性能，從而會縮短電抗器的使用壽命。造成溫升的主要原因如下。

a. 溫升的設計裕度取值很小，使設計值與國標規定的溫升限值很接近。

b. 在制造過程中，繞制繞組時線軸的配重不夠，繞制速度不均，有過快和停機現象，這樣勢必造成繞組松緊度不好和繞組電阻的變化。

c. 繞組的線徑選擇接近目標限值，則電抗器的電阻值就偏小。因為電抗器的額定電流較大，所以負載損耗增大，運行中產生的熱量也可能超標。

d. 接線端子與繞組焊接處的焊接電阻是由于焊接質量的問題產生的附加電阻，該焊接電阻產生附加損耗使接線端子處溫升過高。

2.7諧波

隨著冶金、煤炭、化工、電氣化鐵路等非線性負荷不斷入網運行，其在用電過程中將產生大量諧波注入電網，造成電網電能質量下降，供電設備安全運行可靠性下降，運行壽命縮短，嚴重時可以造成電網事故。對于電抗器來說，諧波可能造成電抗器與局域網內的容性設備共同引起諧波放大，嚴重時局域網甚至發生諧振，引發電抗器燒毀事故。

3 干式空芯電抗器故障實例

3.1李石寨66kVSVC用相控干式空芯電抗器參數

額定電壓/頻率：66 kV/50 Hz

額定電流：371 A

額定電感：237.7 mH

額定雷電沖擊水平：325 kV

額定工頻耐壓水平：165 kV

導線材料：鋁導線

絕緣等級：整體F級，匝間H級

3.2干式空芯電抗器燒毀的經過

2012年9月14日13：40：33—13：41：25，SVC的A相電流開始變化，范圍是600～640 A(峰值)；13：41：26-13:42:04，A相電流繼續增大范圍640～680 A(峰值)。隨后，電抗器的電流峰值到達1 500 A，此時SVC控制器計算得到的A相電流全波有效值達到749 A，最終引起速斷保護動作。根據事故錄波，當時母線電壓A、B、C相沒有變化，B、C相電流均在370 A左右正常運行，A、B、C相觸發角正常(由于現有的電抗器保護都無法提供快速有效保護。因此，實際運行中是運行人員發現電抗器冒煙、著火后，由運行人員操作跳開斷路器)。故障波形、數據如圖1、圖2所示。

圖1 故障波形圖

圖2 故障數據

2012年9月15日早到達現場，經現場查看，AB相電抗器下線圈外部起火，在出線端子的部位，起火點位于第9—11包封處，中間瓷瓶有一支熏黑，對應底部瓷瓶及地面有燒融的鋁氧化物，其他部位未見異常，故障照片如圖3、圖4所示。

圖3 燃燒后熏黑的部位

圖4 燒融的殘渣

3.3故障原因分析

2012年9月26日，撫順供電公司相關人員、生產廠家人員會同相關專家，對損壞電抗器進行現場解剖。解剖發現，第10包封導線已從下到上貫穿性燒毀，包封下部和上部各有一個大洞出現，有大量導線融化的金屬殘渣。第9和11包封也被嚴重波及，包封絕緣被燒毀，燒損部位焦黑一片，如圖5—圖7所示。

圖5 第9包封燒損情況

圖6 第11包封燒損情況

圖7 第10包封燒損情況

3.4確定事故原因

通過翻閱事故當時記錄可知，僅僅投運31 h；事故當日即2012年9月14日，天氣晴朗，風速2～3級，溫度18～27 ℃；從外觀檢查，包封絕緣的整體性完好，絕緣材料沒有發生裂紋和開裂等現象；事故現場沒有發現小動物的尸骸；安裝地點不存在金屬閉環；李石寨變電站諧波測試沒有超標。為進一步確定電抗器事故原因，在廠家的配合下從2012年10月7—10日晚，歷時4天對返廠的所有相控電抗器進行仔細的外觀檢查，同時進行非常嚴格的各種電氣試驗，試驗項目包括：直流電阻試驗、負載損耗試驗、溫升試驗、紅外測溫試驗、震蕩波感應耐壓試驗。

依據現場調查、外觀查看和試驗數據，可以判斷該次電抗器燒毀事故與相間短路、樹枝狀放電、漏磁、污閃(污閃的三要素是作用電壓、污穢、潮濕)、溫升和諧波等無關。此次事故的原因應該是導線本身有夾渣、毛刺；或鋁線拉絲過程失誤導致部分導線過細；或繞包線圈時施工人員不小心碰破覆膜絕緣(絕緣膜為電工聚酯薄膜，熔點≥256 ℃，電氣強度≥190 V/μm。采用厚度為30 μm的絕緣膜，單層薄膜擊穿電壓≥5 700 V，采用3層半疊包工藝)。

經過綜合分析，最后的結論是：由于覆膜絕緣制造工藝存在先天缺陷，導致在運行過程中發生匝間短路，產生局部過熱，匝間短路范圍不斷擴大，最終造成貫穿性燒毀事故。

4 結論

電抗器匝間絕緣擊穿短路是引起干式空芯電抗器損壞的重要原因。國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》條文10.2.4.5提出“干式空芯電抗器出廠應進行匝間耐壓試驗，當設備交接時，具備條件時應進行匝間耐壓試驗。”又因為現有的電抗器保護無法提供快速有效的保護，實際運行中通常是運行人員發現電抗器冒煙、著火后，由運行人員操作跳開斷路器。因此，通過匝間耐壓試驗嚴控電抗器制造質量，是一項行之有效的質量保障措施。需要強調的是，進行匝間耐壓試驗的設備必須能提供足夠的匝間耐壓試驗能量或足夠大的電壓陡度。

以前，通常利用雷電沖擊法進行空芯電抗器匝間耐壓試驗。鼓勵采用震蕩波法進行空芯電抗器匝間耐壓試驗，建議增加鋁線探傷新方法，達到快速、準確、及時檢查出導線損傷及其夾渣的目的，提高電抗器的運行可靠性。

[1] 王兆安，楊 君，劉進軍，等. 諧波抑制和無功補償[M]. 北京：機械工業出版社.2006:56.

[2] 蔣家久. TCR型SVC相控電抗器參數選擇[J]. 大功率變流技術，2009(4)：44-48.

[3] 粟時平，劉桂英. 靜止無功功率補償技術[M]. 北京：中國電力出版社，2006:116.

[4] 鄭志勤，劉勁松. 黑龍江省500 kV電網裝設高、低壓電抗器情況調查與分析[J]. 東北電力技術，2007，28(4)：21-23.

[5] 應 勇，趙義松. 66 kV電抗器故障引起電壓互感器爆炸事故分析[J]. 東北電力技術，2011，32(7)：51-52.

Analysis of 66 kV Phase-controlled Reactor Accident

LI Huiyan，ZHAO Mingshu，WEI Ye，TANG Sihan，WANG Yufei

(State Grid Fushun Power Supply Company，Fushun，Liaoning 113008，China)

TM47

A

1004-7913(2017)07-0055-04

2017-05-20)

李繪妍(1988)，女，碩士，工程師，主要從事人力資源專業工作。