干式空心電抗器的安全運行及檢修

南方電網玉溪供電局 王庸道 羅康順 何杰 謝輯 阮昱川

0 引言

電抗器是電力系統中的重要設備，起到補償雜散容性電流、限制合閘涌流、限制短路電流、濾波、阻波等作用。干式空心電抗器由于其獨特的結構和特點，容易發生局部電弧放電及絕緣損壞、匝間短路等故障，進而影響電網的穩定運行[1]。

1 干式空心電抗器

1.1 干式空心電抗器的結構

干式空心電抗器由電抗器本體和絕緣支撐件組成，電抗器本體由同軸圓筒型包封、撐條、星型支架組成，其中包封是由不同規格的鋁導線或銅導線繞制而成的并聯線圈構成，包封之間使用玻璃絲制成的通風道撐條進行分隔，起到絕緣和散熱的作用；包封的上下兩端由采用拉紗方式固定的鋁制星型支架固定，包封的首末端出線就分別焊接在星型支架的接線臂上[2]。干式空心電抗器由多個繞組封裝構成，并與相鄰兩個間隔器之間的冷卻通道并聯，每個繞組封裝由多個并聯的繞組層組成，如圖1所示。

1.2 干式空心電抗器的特點

干式空心電抗器采用的是干式無油結構，屬于免維護結構，其工作環境大多在戶外，長期遭受日曬雨淋等惡劣天氣的影響，使其老化速度加快，發生故障的幾率增加，而且其結構比較簡單，利用空氣進行散熱，對其進行狀態監控的難度較大，所以無法對其故障進行提前預測，另外干式空心電抗器的漏抗比較大，對周圍的電氣設備影響較大，所以通常要求其周圍不能設置導磁設備等。

圖1 干式空心電抗器的結構

2 干式空心電抗器總體運行情況及故障原因分析

干式空心電抗器多為戶外運行，多種因素影響其安全可靠性。經過對實際應用中電抗器容易發生的故障類型進行統計，干式空心電抗器常見的故障主要有局部過熱、匝間絕緣損壞、漏磁等問題導致的周圍金屬構件、接地網、高壓柜內接線端子損耗和發熱等故障[3]。

2.1 干抗疊裝引起運行溫度過高

干抗疊裝具有可以大幅度減少安裝占地面積的優點，但由于干抗運行過程中會產生大量熱量，如采取三相疊裝的安裝方式，干抗的散熱通風面積也會大幅度減少。而且由于熱量的擴散路徑主要是往上方擴散，干抗三相疊裝會對干抗頂部安裝的一相造成熱量累積效應。

經實際測量，頂部的累積熱量可以達到90℃以上的溫度，干抗長期在高溫環境中運行會導致匝間絕緣材料快速老化、性能下降，甚至于絕緣涂層開裂。在這種情況下，如果再加上一些外部條件因素，如下雨，就會導致干抗繞組線圈匝間短路，進一步引發內部過熱起火。

2.2 干抗投入過程的電流沖擊造成絕緣損傷

在缺陷的統計過程中發現，干抗發生缺陷有很大比例集中在設備投運的10分鐘以內。深入分析發現主因如下：干抗是無功補償設備、且設備容量普遍較大，在合閘瞬間會有較大的電流通過。由于干抗是線圈繞制設備，瞬間的大電流導通必然產生相應的電動力。如果干抗線圈的結構強度不足，電動力的作用會造成線圈結構受到不同程度的沖擊，從而導致干抗繞組絕緣材料的開裂或匝間短路，進一步引發內部過熱起火。

2.3 漏磁的影響

由于干式空心電抗器是屬于無心結構，內部存在較大的磁場，一旦周圍的導磁材料形成閉合回路則會使磁場內導體的渦流損耗增大，導致其局部過熱而對電抗器的絕緣層造成損害，還會改變電位分布，影響電抗器的正常運行。

3 干式空心電抗器故障缺陷防護措施

3.1 溫升的防范措施

防范溫升的措施主要有：提高焊接質量，加強運行維護和電阻測試工作；提高包封上部的散熱性能；絕緣材料應選取具有良好耐熱性能的材料；合理設計電抗器的溫升裕度。

3.2 沿面放電和匝間短路的防護措施

為了防止沿面放電和匝間短路現象的發生，首先應加強電抗器的日常巡查管理，保持電抗器表面的清潔干燥，確保絕緣材料的完整度；其次要增設高阻帶，減少并阻截泄漏電流；最后可采取涂刷憎水涂料的措施，防止電抗器表面受潮。

3.3 漏磁的防護措施

電抗器安裝應首先檢查其周圍環境，確保周圍無接地網或其他金屬閉環構件；其次在安裝過程中應保持環境的清潔干燥，避免環路的產生；最后應避免使用金屬網狀或環狀的防護裝置。

4 干式空心電抗器的檢修維護與建議

電力系統自應用干式空心電抗器以來，普遍認為其是免維護的，每年僅檢測直流電阻、電抗等項目，但其在運行中可能因自身或自然因素而產生缺陷，甚至是致命性缺陷，因而掛網電抗器定期的停電檢查與維護是十分必要的。

4.1 外觀維護

主要包括引出線、表面涂層、防雨帽滲水等方面內容。目測和手觸方法檢查電抗器引出導線是否有損傷斷裂、與匯流排焊接是否良好。若發現引線斷裂或焊接不良應及時焊接，否則將會引起其他相鄰支路過負荷而影響產品壽命。采用噴水分級法檢查電抗器表面防污閃涂層的憎水性能，若憎水性下降至不高于HC5級，或發現有放電現象，說明涂層已失效，應立即重新噴涂防污閃涂料，在噴涂前須徹底清除碳化物。

圖2 電抗器主體上部示意圖

4.2 緊固件維護

圖2是電抗器線圈上部結構示意圖，其中用螺栓連接的部位有：防雨帽、防雨隔柵、長短支撐等。若這些部位的緊固螺栓脫落，將掉入電抗器風道，直接影響安全運行，是重點檢查對象。

目測及手觸檢查螺栓的緊固情況，如果發現螺栓松動，應涂抹螺紋鎖固劑再緊固；若出線端子螺栓松動或接觸不良時，應拋光導電接觸面，并均勻涂抹一薄層導電膏再緊固。

4.3 風道維護

風道是空心電抗器主要的散熱面，其空間狹小，自潔能力比內外表面差，易藏污納垢，而且不易觀察污穢狀況，多起電抗器故障與風道表面污穢有關，因而將風道檢查列為專項維護內容[4]。

4.4 維護建議

目前，國內外在干式空心電抗器運行維護方面都處于起步階段，沒有形成成熟的規章制度，應注意以下幾方面。

維護周期：我國各地區的環境等級、電網運行狀況千差萬別，電抗器的維護周期也應加以區別，做到既經濟實用，又可排除隱患。建議并聯電抗器，每年進行檢查維護。

內風道防護：通過清除風道污穢，可在一定程度上緩解污濕放電，卻不能保證完全避免，而防污閃涂層卻可很好地解決此問題。建議并聯電抗器及其他大容量電抗器內風道需噴涂防污閃涂料。

防鳥害裝置：鳥類易于在電抗器上搭窩，所用柴草等雜物容易落入風道，同時鳥類所排糞便，幾乎貫穿電抗器縱絕緣，造成安全隱患。建議在鳥害嚴重地區的電抗器要加裝防鳥裝置。

5 結語

作為電力系統一次設備的關鍵元件，干式空心電抗器的安全運行至關重要，應對其運行維護及故障的預防足夠重視，能夠有效降低缺陷率，促進干式空心電抗器運行可靠性的提高，保障電網的安全運行。