解析干式空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)技術(shù)

姜望

【摘 要】干式空心電抗器匝間常出現(xiàn)絕緣故障，直接地影響到干式空心電抗器運(yùn)行的穩(wěn)定性。本文分析了關(guān)于高壓高頻振蕩的干式空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)技術(shù)的研究，并闡述了一套適用于干式空心電抗器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，有效地解決了送端電網(wǎng)長(zhǎng)期存在的干式空心電抗器絕緣故障檢測(cè)手段不足的技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】干式空心;電抗器;匝間;絕緣檢測(cè)技術(shù)

干式空心電抗器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗小、免維護(hù)、低噪聲、方便安裝等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到廣泛使用。干式空心電抗器常在戶外運(yùn)行，電抗器絕緣性能受到氣候、絕緣老化、電壓波動(dòng)等因素影響，使其在運(yùn)行中遇到各種問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起著火甚至爆炸等事故，給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了巨大的安全隱患。近年來(lái)，關(guān)于干式空心電抗器的事故分析報(bào)告以及工作總結(jié)表明，引起干式空心電抗器事故的主要原因是匝間絕緣缺陷，占事故的 90%以上，且匝間絕緣缺陷在沒(méi)有發(fā)展到一定程度時(shí)，現(xiàn)有的試驗(yàn)手段很難檢測(cè)出來(lái)。為了減少電抗器事故造成的損失，因此，研究電抗器匝間絕緣檢測(cè)方法具有十分重要的意義。

1干式空心電抗器

干式空心電抗器是基于電磁感應(yīng)原理制成的電感線圈，常用于增大線路的短路阻抗，限制線路中的短路電流，維持母線電壓的穩(wěn)定。干式空心電抗器因具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)、較強(qiáng)的機(jī)械性能和良好的絕緣特性，自20世紀(jì)70年代起，在我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。干式空心電抗器呈雙層圓柱筒狀，內(nèi)部掏空，內(nèi)外層之間由若干細(xì)金屬線圈繞制包封而成，線圈包封又由多根金屬導(dǎo)線并聯(lián)組成，線圈包封之間由浸有環(huán)氧樹(shù)脂的玻璃纖維隔離，匝間絕緣性能主要取決于包裹聚酯薄膜的絕緣性。干式空心電抗器的等值電路如圖1所示。

2干式空心電抗器匝間絕緣故障分析

2013年以來(lái)，某供電局轄內(nèi)兩所變電站共發(fā)生8起35kV干式空心電抗器燒毀事件，嚴(yán)重影響了變電站的安全運(yùn)行。2018年3月，某電科院、分管供電局和電抗器廠家共同對(duì)某燒焦空心電抗器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)解體，分別對(duì)電抗器的選用材料、制造工藝和故障前的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)干式空心電抗器的故障原因進(jìn)行多次討論。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析和討論，認(rèn)為引起變電站干式空心電抗器絕緣損壞的原因主要是匝間絕緣老化、匝間短路和散熱效果不佳等。從干式空心電抗器的運(yùn)行環(huán)境來(lái)看，大部分電抗器自投產(chǎn)以來(lái)長(zhǎng)期處于高溫、潮濕環(huán)境，因此匝間內(nèi)部絕緣老化問(wèn)題較為突出，其絕緣聚酯膜的性能遠(yuǎn)低于F級(jí)絕緣材料的要求;其次，由于材質(zhì)和生產(chǎn)工藝原因，匝間絕緣能力降低，極易引起線圈包封內(nèi)部導(dǎo)線短路，產(chǎn)生高額短路電流，使干式空心電抗器燒毀。另外，在干式空心電抗器運(yùn)行中缺少有效的絕緣監(jiān)測(cè)手段，無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)干式空心電抗器內(nèi)部的絕緣性能和溫度變化過(guò)程[1]。

3干式空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)技術(shù)

3.1技術(shù)研究思路

項(xiàng)目主要以理論研究、系統(tǒng)研發(fā)和技術(shù)應(yīng)用為主線。首先，對(duì)干式空心電抗器現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)存在的問(wèn)題和技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合高壓高頻振蕩的技術(shù)原理，完成干式空心電抗器振蕩波頻率特性、數(shù)值及檢測(cè)方法的理論研究。其次，對(duì)高壓直流充放電工作原理進(jìn)行研究，對(duì)試驗(yàn)電氣參數(shù)進(jìn)行整定和優(yōu)化。再次，研發(fā)一套適用于干式空心電抗器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的可移動(dòng)、便攜式的振蕩高壓脈沖試驗(yàn)裝備，并制定相應(yīng)的測(cè)試方案。最后，根據(jù)項(xiàng)目研究所確定的測(cè)試方案，開(kāi)展基于干式空心電抗器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試驗(yàn)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果逐步改進(jìn)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方案，真正做到理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合。

3.2匝間絕緣檢測(cè)理論基礎(chǔ)

干式空心電抗器的檢測(cè)主要以干式空心電抗器的等值電路模型和基爾霍夫電流定律為理論基礎(chǔ)，以高壓高頻振蕩原理為技術(shù)核心，電路方程組如式（1）所示。首先，通過(guò)高壓直流電源向主電容進(jìn)行充電;然后，使用高壓軟導(dǎo)線和試驗(yàn)開(kāi)關(guān)將直流電壓輸送至被檢測(cè)的干式空心電抗器上。再利用測(cè)試儀的二次接線及測(cè)量模塊，采集干式空心電抗器上的高頻脈沖振蕩波形和動(dòng)態(tài)參數(shù)。最后，與干式空心電抗器的等值電路和數(shù)學(xué)方程組的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

3.3干式空心電抗器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)

本文所提出的干式空心電抗器現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)是由測(cè)試儀、直流高壓發(fā)生器、放電與測(cè)試單元組成。系統(tǒng)中測(cè)試儀由操作箱與測(cè)量元件構(gòu)成，主要實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)流程的操作，完成高壓分壓器、示波器電壓信息及波形的采集。直流高壓發(fā)生器由試驗(yàn)變壓器、保護(hù)電阻及高壓硅堆等組成，主要實(shí)現(xiàn)每分鐘3000頻次0～200kV（ZT200型）連續(xù)可調(diào)直流高電壓的輸出。放電與測(cè)試單元?jiǎng)t由放電球隙、阻尼電阻、主電容和分壓器等集成，主要用于試驗(yàn)電壓大小的調(diào)節(jié)，電壓測(cè)量精度可達(dá)0.2級(jí)。

4現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)應(yīng)用

2018年10月，該供電局基于干式空心電抗器匝間絕緣檢查技術(shù)的研究成果，選取了10臺(tái)干式空心電抗器進(jìn)行了匝間絕緣性能檢測(cè)，并成功檢測(cè)出3臺(tái)干式空心電抗器匝間存在絕緣性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。干式電抗器匝間絕緣性能良好的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)波形如圖2a）所示，匝間絕緣故障干式空心電抗器的檢測(cè)波形如圖2b）所示。圖2中兩組檢測(cè)波形的對(duì)比，證明了本文所提出的基于高壓高頻振蕩原理的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)是可行的[2]。

結(jié)語(yǔ)

匝間絕緣故障是干式空心電抗器最為常見(jiàn)的故障類型，導(dǎo)致干式空心電抗器出現(xiàn)匝間絕緣故障的主要原因有散熱不良、絕緣材質(zhì)裂化、結(jié)構(gòu)工藝問(wèn)題等。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)干式空心電抗器匝間絕緣進(jìn)行考核是一種較為有效的檢測(cè)方法，通過(guò)對(duì)波形進(jìn)行對(duì)比可以將干式空心電抗器匝間絕緣故障判斷出來(lái)，因此，技術(shù)人員在進(jìn)行干式空心電抗器匝間絕緣監(jiān)測(cè)時(shí)，可以充分借助這項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，提升干式空心電抗器匝間絕緣監(jiān)測(cè)的效率，增強(qiáng)干式空心電抗器運(yùn)行穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]楚金偉，陳偉民，張良，等.干式空心電抗器燒損故障分析[J].廣東電力，2016，29（7）：117-121.

[2]張晗，蔡延雷.一起500kV變電站干式空心電抗器故障原因分析[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2016，37（1）：47-50.

（作者單位：國(guó)網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）