幾起35KV并聯電抗器跳閘事故的故障分析及預防

戴喜明 李光 莫貫楠 劉佳銘 盧屹磊 靳儒昌 王克

摘要：對超高壓遠距離輸電線路而言，空載或輕載時線路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率除引起上述工頻電壓升高現象之外，還將增大線路的功率和電能損耗以及引起自勵磁，同期困難等問題。裝設并聯電抗器可以補償這部分充電功率，從而通過調整并聯電抗器的數量來調整運行電壓以達到改善電力系統無功功率的運行狀況。本文針對近年來幾起35kV并聯電抗器發生故障進行深入分析，探究事故發生原因，提出了有關制造工藝及運行維護中預防措施，提高35kV并聯電抗器穩定運行能力。

關鍵詞：并聯電抗器；擊穿放電；發熱

一、故障發生簡要情況

2018年4月22日22時50分54秒，某500kV變電站35kV#6電抗器3834開關跳閘，過流2段保護動作，動作電流1.67A。專業人員現場檢查發現35kV#6電抗器B相頂部調匝環與本體連接處引線熔斷，調匝環及附近包封有燒損痕跡，電抗器第6-8包封（從內向外）有熏黑痕跡。5月8日在廠家對故障電抗器進行解體檢查，發現第7包封內外側有貫穿放電痕跡，上部靠近匯流排部分有15cm左右包封燒損嚴重，判斷電抗器首先發生匝間短路，著火后造成上下貫穿放電，電抗器跳閘。

二、電抗器發生故障情況

以上發生故障的電抗器均，型號BKGKL-20000/35。故障后現場檢查發現電抗器頂部調匝環燒黑、調匝環引線有燒斷現象、調匝環樹脂層部分燒損嚴重，頂部防雨罩有熏黑痕跡。檢查電抗器頂部由外至內6-8（故障1）包封有放電燒損痕跡，內包封燒傷嚴重，部分撐條已開裂，其對應底部也有燒損痕跡，電抗器運行期間電流無異常。現場進行電抗器高壓試驗，直流電阻、絕緣電阻、電抗值測定，試驗值均合格。

故障電抗器返廠檢查發現：1. 除故障包封外各包封沒有絕緣老化變色痕跡，包封線匝排列緊密，匝間絕緣無缺陷。2. 各包封氣道中有少量紗毛、紗頭等，不影響設備運行。3. 各層包封與匯流排連接引線完好，故障部位上部調匝環引線燒斷。4. 檢查故障中電抗器7包封、故障中電抗器9包封兩側有貫穿性放電痕跡，故障1中電抗器7包封、故障2中電抗器9包封有700mm長，200mm寬放電點，放電位置距頂部150mm，左右包封燒損嚴重，導線、絕緣材料已經融化對應上部匯流排和下部匯流排處有明顯放電痕跡，對應故障位置包封從上到下，顏色從深到淺，有明顯的過熱痕跡，故障位置包封開裂。

同時，專業人員對同批次電抗器調匝環進行精確紅外測溫。調匝環溫度較其他部位溫度差別不大，無明顯異常。

三、故障原因分析

根據入廠解體檢查情況分析，此電抗器故障為上部匯流排下方燒毀最嚴重的貫穿洞處絕緣損壞而發生匝間短路，使其匝間繞組電流增大而發熱，并燒毀繞組外部纏繞的聚酯膜、玻璃纖維和環氧樹脂絕緣介質。燃燒產生的熱溶物向外擴散，同時向下飄落，造成上下星臂間發生貫穿性放電，過電流保護動作使開關跳閘。

匝間短路原因分析：

1. 結合故障電抗器的故障現場檢查、廠內解體分析。

1）故障點位于調匝環及匯流排正下方，距電抗器頂部150mm左右，電抗頂部約150mm為環氧膠、玻璃絲等固化物，沒有導線；

2）調匝環匯流線已燒斷，絕緣均破壞燒熔；

3）故障現象為上下匯流排之間貫穿放電；

4）故障發生在電抗器投運2h后；

結合現場解體情況，分析原因有以下幾點：

1）調匝環工藝和材質不佳。電抗器包封層本體采用高溫固化工藝，本體包封層由玻璃絲浸膠先纏繞一層，再纏繞線圈，然后在線圈外層由玻璃絲浸膠再纏繞一層，同時纏繞一層玻璃布并刷膠，各層纏繞都由機器繞制完成，所用的環氧膠必須經過高溫固化，所以本體繞制完成后要運入高溫爐內進行高溫固化。

本體包封固化完成后根據實驗情況為平衡各包封層電流加裝調整環，調匝環制作由工作人員在電抗器上手工繞制線圈，線圈外部用玻璃布浸膠后人工進行包繞，所用環氧膠常溫即可固化（如果對調匝環高溫固化，則本體就要二次經受高溫，影響本體絕緣，所以調匝環采用了常溫固化），常溫固化絕緣強度較高溫固化要低。

（2）調匝環在設計上存在易受過電壓沖擊的問題。故障電抗器調匝環位于電抗器上方，是進線的前幾匝，易受到電網過電壓的沖擊，調匝環成為整個電抗器的絕緣薄弱點，由于調匝環在電抗器的上部，在生產及運輸過程中易受外力損傷。

（3）調匝環工作環境溫度高。調匝環位于電抗器頂部，運行電抗器產生的熱流上升，聚集于頂部，使得調匝環的工作環境溫度較高，絕緣易老化。

（4）電抗器震動使調匝環受損。運行電抗器的震動極易使調匝環與固定鋁排產生摩擦，破壞調匝環外絕緣；另外包封匯流線與匯流排或調匝環的連接均為焊接，運行中長期振動存在松動造成接觸不良可能容易造成電抗器包封引線斷線，從而改變包封內的電壓及電流分布。

綜上所述，調匝環是電抗器絕緣薄弱點，調匝環運行后內部導線局部絕緣降低最終導致匝間短路，是此次電抗器故障的起因。調匝環發生匝間短路后形成較大環流，造成導線過熱引起燃燒，甚至燒熔，融化掉落至層間，引起層間、匝間短路，貫穿放電（因電抗器頂部150mm為環氧膠、玻璃絲等固化物，所以這兩起故障均發生在頂部150mm以下位置）。

根據此廠家生產的電抗器近幾年發生的缺陷，發現大部分與各包封的電流分配以及調匝環有關，暴露出電抗器生產中調匝環工藝處理方面存在缺陷。

四、改進措施

1. 需加強電抗器制造工藝控制，繞線過程中加大對電抗器絕緣層檢驗力度，加強工藝過程的可追溯性，修整過程中加大電抗器氣道內部的清理，保證電抗器氣道內沒有紗毛、紗頭等。對電抗器頂部調匝環進行位置調整，同時加強調匝環匯流線焊接質量管控，確保焊接牢固。對電抗器發貨前對各個氣道再次進行檢查，保證內部沒有異物。據調研，北京電力設備總廠、中揚電抗器廠等廠目前在工藝上能在繞制階段完成電抗各層電流調平，不需加裝調匝環，合容廠家應提高工藝控制，避免使用調匝環。

2. 目前特高壓電抗器和其他要求較高的電抗器采用了換位導線進行繞線，各層繞線過程中電抗不會產生太大的偏差，繞制完成后不用調匝環調整，對電抗器整體性能有很大提高。

（作者單位：國網河北檢修公司）