關(guān)于一起鐵心電抗器燒損故障分析及運(yùn)維要求

關(guān)于一起鐵心電抗器燒損故障分析及運(yùn)維要求

國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司 路杰 艾晨光 李冠群

鐵心串聯(lián)電抗器在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，給電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和用電質(zhì)量造成了一定程度的影響。針對(duì)已投運(yùn)變電站一起鐵心串聯(lián)電抗器燒損故障原因進(jìn)行分析研究，文中提出了對(duì)變電站在運(yùn)電抗器的運(yùn)行維護(hù)要求，防范了運(yùn)行故障的發(fā)生，為減少直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失提供了有益的參考。

鐵心電抗器；故障；污穢；運(yùn)行維護(hù)

0 引言

電抗器是電力系統(tǒng)不可或缺的電力設(shè)備，廣泛應(yīng)用于無(wú)功補(bǔ)償裝置，限制沖擊電流或故障電流，補(bǔ)償線路容性電流。鐵心串聯(lián)電抗器在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)故障，給電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和用電質(zhì)量造成了一定程度的影響。鐵心串聯(lián)電抗器在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)闹饕饔脼椋豪秒姼须娏鞑卉S變的原理，限制電容器合閘瞬間的暫態(tài)涌流；利用電抗器和電容器電容互補(bǔ)原理，減小回路阻抗，以限制線路上高次諧波電流引起電容器組的過(guò)電流[1]。為了提高高壓電器設(shè)備運(yùn)行的可靠性，確保電力系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作，在污穢等級(jí)嚴(yán)酷等特殊使用條件下，必須對(duì)電抗器進(jìn)行特殊的防護(hù)及必要的巡檢預(yù)防。從而提高供電的可靠性，減少直接和間接的經(jīng)濟(jì)損失。

1 鐵心電抗器燒損故障分析

1.1 故障情況

某變電站10 kV 040電容器組出現(xiàn)跳閘故障，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)鐵心串聯(lián)電抗器鐵心柱環(huán)氧樹(shù)脂混合澆注料在高溫下變性、燒損。040電抗器組C相鐵心柱底部有黑色物質(zhì)流出（圖1），有燒糊氣味；隔離刀閘溫度異常，連接螺栓及銅排搭接處已碳化發(fā)黑（圖2）；軸向拉緊螺桿螺母已震松脫落（圖3）。產(chǎn)品型號(hào)：CkSC-600/10-12 戶內(nèi)使用；防護(hù)等級(jí)：IP00。該故障電抗器于2007年底投運(yùn)，2015年2月發(fā)生故障，運(yùn)行時(shí)間7年半左右。

1.2 故障分析

圖1 電抗器鐵心柱底部黑色膠體

圖2 隔離刀閘接線端子排碳化發(fā)黑

經(jīng)過(guò)電抗器廠家技術(shù)人員與變電站現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的共同排查，排查結(jié)果及原因分析如下：

（1）電抗器表面及鐵心柱散熱氣道中堆積大量的絮狀雜物，堵塞散熱風(fēng)道，電抗器運(yùn)行期間鐵心柱熱量無(wú)法有效擴(kuò)散，熱量累計(jì)引起鐵心柱溫升過(guò)高，超過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂澆注混合料耐熱溫度后，加速絕緣變性、老化，最終導(dǎo)致鐵心柱絕緣破壞，絕緣變性失效后沿鐵心柱散落。串聯(lián)鐵心電抗器在運(yùn)行中鐵心柱有主磁通流過(guò)，在鐵心片中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，如果設(shè)計(jì)中磁密或鐵餅散熱面積等參數(shù)選取不當(dāng)，也會(huì)造成鐵心溫升很高。目前干式串聯(lián)鐵心電抗器的氣隙絕緣材料大多采用F級(jí)的環(huán)氧板，當(dāng)鐵心柱溫度超過(guò)環(huán)氧板的最高耐熱溫度時(shí)，環(huán)氧的分解會(huì)加速絕緣材料的老化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使相鄰鐵餅局部點(diǎn)接觸上，導(dǎo)致鐵心溫升更高，形成惡性循環(huán)，同時(shí)可能造成串聯(lián)鐵心電抗器噪音異常，嚴(yán)重影響電抗器的正常使用，并極大的降低了產(chǎn)品的使用壽命[2]。鐵心柱與線圈之間用絕緣筒隔開(kāi)散熱氣道，一方面起加強(qiáng)絕緣的作用，另一方面也是為鐵心柱及線圈內(nèi)包封進(jìn)行散熱的效率最大化。因此，必須保證此散熱通道的暢通，才能有效的將運(yùn)行中電抗器鐵心柱熱量散發(fā)。

圖3 軸向拉緊螺桿螺母脫落

（2）隔離刀閘接線端子未能有效的壓緊壓實(shí)，在電容器組投切合閘涌流大電流經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生高溫，甚至出現(xiàn)拉弧，燒蝕接線端子至碳化發(fā)黑。因此，在電力設(shè)備安裝初期必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求安裝及調(diào)試，同時(shí)，在接線端子處涂抹導(dǎo)電膏以填充搭接端子排間間隙，增強(qiáng)導(dǎo)線性。對(duì)于投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)的電力設(shè)備需要在設(shè)備年檢時(shí)對(duì)失效導(dǎo)電膏進(jìn)行復(fù)涂填充。

（3）電抗器運(yùn)行中由于鐵心硅鋼片伸縮產(chǎn)生震動(dòng)，軸向拉緊螺桿起到在軸向緊固鐵心、線圈、上下夾件的作用，軸向螺桿拉力失效后，會(huì)造成電抗器整體剛性變差，震動(dòng)加大，線圈、墊塊、絕緣筒等出現(xiàn)不同程度的位移，進(jìn)一步導(dǎo)致電氣絕緣距離的失效，更為嚴(yán)重的會(huì)引起電抗器擊穿的事故。硅鋼片在合閘涌流時(shí)，磁滯應(yīng)力比較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致鐵餅松動(dòng)、錯(cuò)位，甚至硅鋼片短路發(fā)熱。鐵心電抗器線圈的匝數(shù)比較少，若出現(xiàn)匝間短路（或?qū)娱g短路），體現(xiàn)在直流電阻上會(huì)很明顯。此外，匝間短路電流往往是正常的上百倍甚至數(shù)百倍，極短時(shí)間鋁線就能達(dá)到熔點(diǎn)，電抗器一旦出現(xiàn)匝間短路，數(shù)分鐘便能引起燃燒。

2 外部環(huán)境對(duì)鐵心電抗器產(chǎn)生的危害

2.1 該變電站四周為鋼鐵廠（圖4），電容器室布滿大量的煤炭灰（圖5），炭灰具有一定的導(dǎo)電性，附著電抗器表面后，改變局部電場(chǎng)，威脅電抗器的安全運(yùn)行。

圖4 變電站附近的鋼鐵廠

圖5 布滿灰塵的電抗器及電容器室

2.2 電容器室布滿絮狀物質(zhì)，各種異物（見(jiàn)圖6）的累計(jì)、混合也會(huì)對(duì)電抗器產(chǎn)生危害。電抗器的氣道上、夾件上、甚至流出的黑色膠體中都能明顯存有大量的絮狀物質(zhì)。電抗器的氣道及絕緣桶與鐵餅之間的空隙是為散熱及絕緣耐壓設(shè)計(jì)的。當(dāng)絮狀物質(zhì)大量填滿上述區(qū)域后，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)流，這樣必然引起溫度累積過(guò)熱。此外，當(dāng)絮狀物質(zhì)上布滿大量的煤炭灰后，相當(dāng)于“搭橋”，縮短絕緣距離，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，易導(dǎo)致絕緣擊穿損壞，產(chǎn)生的電弧會(huì)引發(fā)后續(xù)故障，如匝間短路。

圖6 地面散落的絮狀異物

3 特殊污穢環(huán)境下鐵心電抗器運(yùn)行維護(hù)

3.1 針對(duì)變電站周?chē)鄯x等級(jí)較高，特別是變電站周?chē)嬖诖笮偷慕姑簭S、鋁廠、鋼鐵廠等污穢排放嚴(yán)重的地區(qū)，在日常巡檢過(guò)程中必須提高巡視質(zhì)量、增加巡檢的頻次，同時(shí)，定期清除電抗器設(shè)備散熱氣道的異物，保證電容器室散熱通風(fēng)良好，使運(yùn)行的電力設(shè)備能夠高效的進(jìn)行熱量交換。

3.2 電力設(shè)備上緊固螺栓對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行起著重要的作用，在巡檢過(guò)程中不容忽視，針對(duì)異常螺栓散落情況要給予高度的重視，及時(shí)排查、排除、恢復(fù)，必要時(shí)聯(lián)系設(shè)備廠家給予技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大、升級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從以上一起鐵心串聯(lián)電抗器的典型故障分析，論述了鐵心電抗器運(yùn)行期間應(yīng)注意的一些主要問(wèn)題。同時(shí)必須要注意到，針對(duì)電抗器高污穢等特殊使用條件下的在運(yùn)電抗器，為了更好的保證鐵心電抗器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)維部門(mén)可提高日常巡查、巡視頻次。同時(shí)，定期徹查電容器室內(nèi)通風(fēng)通道出入口，保證電力設(shè)備的散熱要求。

[1]平孝香，劉青.無(wú)功補(bǔ)償裝置中串聯(lián)電抗器的作用[J].電力電容器 ,2009，30（2）：21-24.

[2]吳紅波.干式串聯(lián)鐵心電抗器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問(wèn)題[J].高壓電器，2010，46（6）：103-105.