一起干式鐵心電抗器燒毀事故分析及防范措施探討

吳 喆，駱福權，閆曉斌

（珠海藍瑞盟電氣有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引 言

目前，變電站向著智能化、一體化的方向發展。電抗器的主要作用為無功補償、阻尼放電、諧波治理（干式鐵心濾波電抗器）和平波穩流等[1]，與電容器共同保證電網的電能質量和無功功率平衡，是電力系統必不可少的部分。干式鐵心電抗器具有體積小、損耗低、噪音弱、便于室內安裝和運行維護不受天氣影響等眾多優點。電力系統中，干式鐵心電抗器愈發取代空心電抗器。干式鐵心電抗器的可靠性對電力系統安全穩定運行的重要性不言而喻，但其也存在散熱、監測和保護手段有限等問題，導致全國屢出燒毀事故[2-4]。

1 現場概況及事故過程

2018年2月16日上午8時50分左右，某220kV變電站10kV I段母線1號電容器組出現間隔起火，串聯電抗器起火點為A相線圈內壁與鐵心之間的區域。上午9時4分49秒，保護過流動作，故障電流為18.76kA。10kV I段母線1號電容器組產品型號為TBBJ10-8010/445AK（其中并聯電容器額定電壓為電抗器型號為CKSC-962/10-12），于2018年1月6日投運。一次系統如圖1所示。

圖1 一次系統

檢修人員趕到現場發現，電抗器三相進線引線徹底熔斷，地面有鋁熔渣，三相出線側引線均未出現明顯過流熔斷痕跡，如圖2、圖3所示。

母線電壓的后臺監控記錄顯示：2月16日8時59分2秒，A相電壓跌落到0.47kV；2月16日9時4分49秒，BC相電壓跌落至0.47/0.55kV。查看該時段的保護測控裝置SOE文件，2018年1月7日出現多次接地故障告警，但保護未動作（應為10kV單相接地，保護不動作），2018年2月16日8時47分發生接地告警后才出現保護動作。

圖2 進線端子

圖3 出線端

2 事故分析及論證

故障第一次錄波波形如圖4所示，時間為2018年2月16日8時55分6.414秒。分析可知，B相發生接地故障，A、C相短路持續半個周波，A、C相間電壓相應降低畸變。

圖4 故障第一次錄波

由第二次故障波形可知（如圖5所示，時間為2018年2月16日9時4分55.597秒），三相短路伴隨單相接地（有零序電流及電壓）持續三個周波。從錄波圖觀察，電弧是不對稱燃燒，即半波燃弧，電弧在B、C相間電壓正峰值處開始，負峰值處熄滅，持續三個周波。

圖5 故障第二次錄波

現場的錄像視頻顯示，起火點在A相線圈內壁與鐵心區域，而后臺監控數據顯示，A相的電壓先跌落5 min后，B、C相電壓跌落。因此，可推斷A相先發生單相接地故障，之后B、C相出現相間短路，保護跳閘。綜上分析，一方面，A相發生單相短路故障后，電弧不穩定，燃弧過電壓引起B、C相接地短路（即B、C相相間短路）；另一方面，燃弧產生的高溫（可達數千度）燒損周圍的絕緣材料，絕緣材料分解（一般有機材料分解溫度不高于400 ℃）產生大量可燃性氣體，造成從鐵心到線圈的區域產生熊熊烈火[5]。

進一步分析，單相接地故障原因。鐵心與線圈之間的絕緣主要依靠空氣氣隙及環氧樹脂。而造成絕緣擊穿的條件可能有兩方面：（1）故障前出現過電壓情況；（2）鐵心與線圈之間的絕緣性下降甚至失效（可能是絕緣材料的性能下降，也可能存在異物，將絕緣“短接”）。

查詢SOE發現，故障前并未出現過電壓報警情況，則故障極可能由第二種情況造成。查看燒毀電抗器的出廠試驗及交接試驗報告，并抽查現場同批次電抗器進行絕緣試驗，結果為絕緣均合格，最近一次巡檢記錄也表明故障前電抗器的溫度正常。綜上表明，鐵心與線圈間的絕緣材料未受損，造成絕緣性下降甚至失效的原因可能是存在異物，將絕緣“短接”，導致間歇性放電。SOE事件顯示事故前發生多次單相接地告警，對現場3號電容器組的串聯電抗器進行預防性試驗，發現電抗器下鐵軛有非電抗器本體的元器件，即廢棄焊條和M10螺栓（長約60 mm），極大增加了推論的可能性。

進一步求證，將燒毀電抗器返廠解剖：三相線圈較為完整，A相鐵心柱燒毀嚴重，線圈吊起后半柱倒塌，絕緣桶與柱體燒成一體，B、C兩相鐵心柱端部燒蝕損壞，柱體整體比較完整；逐片檢查散落的硅鋼片，未發現殘片、裂片和沖孔片的情況；A相鐵心柱中發現被燒蝕嚴重的加厚平墊（圖6所示），規格與現場發現的螺栓平墊相同，平墊上粘有滅火粉；A相線圈內壁三分之一部位有一個擊穿點（圖7所示）；鐵心柱燒蝕后，樹脂形成海綿式形狀，樹脂在高溫情況下被分解成可燃性物質。

解剖情況驗證了上述分析推論的正確性，即鐵心與線圈之間絕緣性下降甚至失效的原因是存在異物（加厚墊片、螺栓），將絕緣“短接”，造成長期間歇性放電、擊穿，在不穩定的弧光高溫下引起相間短路。此外，金屬性物件靠近鐵心柱位置，渦流損耗造成金屬件過熱，局部過熱損壞臨近絕緣材料，進一步加劇事故發展[6]，最終造成燒毀事故。

圖6 燒蝕的平墊

3 結 論

基于此次事故的嚴重性，為杜絕此類事故再次發生，相關部門應積極組織并加強企業與科研高校之間的交流，加快研發電抗器新型有效保護機制，如國內已有教學研機構正在開發新型電抗器匝間保護裝置。創新保護機制時，建議采取以下預防性措施[7]：（1）加強電力施工現場管理，施工完畢后再次清查現場，確保安全規范施工，竣工現場整潔無遺物；（2）定期全面檢查和清掃現場電抗器，做好相應的預防性試驗，特別是絕緣試驗；（3）盡可能合理投切各組電容器組（據了解，由于現場負荷少，每次只投1組電容器組，往往自動投切都是投第1組，會造成其他電抗器長期不投運）；（4）盡管是不接地系統，但設備內部不允許間歇性單相接地短路，若發現設備內部出現單相接地短路，應盡快排查原因。

圖7 A相線圈擊穿點