10 kV電容器組串聯(lián)電抗器鐵芯燒毀原因分析

由 建，焦建紅

（1.國網(wǎng)河北省電力有限公司石家莊供電分公司，河北 石家莊 050000；2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050035)

安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置是提高電網(wǎng)功率因數(shù)改善電壓質(zhì)量、提高電網(wǎng)安全運行的重要手段。樹脂澆注串聯(lián)鐵芯電抗器和電容器串聯(lián)，主要作用是限制電容器投入瞬間產(chǎn)生的合閘涌流和消除系統(tǒng)中的多次諧波。串聯(lián)電抗器在運行中常出現(xiàn)電抗器過流、異常發(fā)熱、損壞，影響電網(wǎng)的安全運行的問題。本文結(jié)合一起10 kV電容器組串聯(lián)電抗器鐵芯燒毀的事故進(jìn)行分析。

1 事故現(xiàn)場概況

2019年12月25日，變電站設(shè)備巡視期間發(fā)現(xiàn)該電抗器B相鐵芯有煙冒出，有很大的燒焦氣味，經(jīng)人工拉閘斷電。停電后近距離觀察，故障為B相鐵芯部位，環(huán)氧樹脂和絕緣筒高溫下發(fā)生變性分解并冒煙，如圖1所示，形成的流體和殘渣在現(xiàn)場明顯可見，表面涂刷的防噪聲漆也因高溫熔化剝落，如圖2所示。電抗器鐵芯柱表面有大量木屑灰塵等雜物，如圖3所示，B相線圈下部散熱通道處有網(wǎng)狀物。

圖1 電抗器B相鐵芯燒毀

圖2 噪聲漆融化剝落

圖3 電抗器表面木屑灰塵

該電容器保護(hù)在12月23日2:24有一次保護(hù)事件記錄“保護(hù)啟動”，提取對應(yīng)波形分析應(yīng)該為電容器組投入運行時的過電流引起的保護(hù)啟動。

2 事故處理過程及原因分析

現(xiàn)場對電容器接線進(jìn)行檢查，電容器組參數(shù)與電抗器匹配，排除了因兩者容量不匹配造成的電流過大。對變電站內(nèi)10 kV電壓進(jìn)行不間斷監(jiān)測，并未發(fā)現(xiàn)有諧波異常的情況，電能質(zhì)量良好，排除了電容器組的諧波電流被放大或是某次諧波引起電容器組諧振致使電抗器過流、過熱。

對該電抗器進(jìn)行返廠試驗，三相直阻相差不大，如圖4所示，溫升試驗發(fā)現(xiàn)B相電抗值明顯升高，溫升實驗B相升溫很快，2 h已經(jīng)超過絕緣耐受溫度，試驗中止。試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

圖4 溫升試驗現(xiàn)場

對電抗器進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)B相上部樹脂和氣隙隔板已經(jīng)因為高溫而碳化，AC相也因高溫開裂。

表1 溫升試驗數(shù)值

通過以上處理分析，電抗器燒毀的直接原因是B相鐵芯過熱，溫度超過周圍絕緣材料耐受溫度，造成絕緣材料高溫分解燃燒，AC相芯柱因B相過熱鐵芯熱傳導(dǎo)，高溫導(dǎo)致絕緣材料老化開裂。

電抗器工作時，線圈中有交變電流，它產(chǎn)生的磁通也是交變的，這個變化的磁通在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。鐵芯中產(chǎn)生的感應(yīng)電流，在垂直于磁通方向的平面內(nèi)環(huán)流著，渦流損耗使鐵芯發(fā)熱。為了減小渦流損耗，變壓器的鐵芯用彼此絕緣的硅鋼片疊成，使渦流在狹長形的回路中，通過較小的截面，以增大渦流通路上的電阻。同時，硅鋼中的硅使材料的電阻率增大，也起到減小渦流的作用。

該事故電抗器B相鐵芯運行過程中過熱，是由于鐵芯裝配過程中部分硅鋼片綁扎固定不到位，從生產(chǎn)完畢至安裝現(xiàn)場運輸過程中，設(shè)備安裝期間和帶電運行過程中都有可能導(dǎo)致硅鋼片松動錯位，造成鐵餅間氣隙失效，氣隙短路處，渦流損耗增大，導(dǎo)致鐵芯發(fā)熱，形成高溫。同時拆解AC兩相鐵芯柱并未發(fā)現(xiàn)問題，鐵餅完好，排列整齊。

因此生產(chǎn)制造過程是關(guān)系到電抗器質(zhì)量的關(guān)鍵，需要制造廠家嚴(yán)格控制工藝質(zhì)量，對鐵芯硅鋼片的剪切、疊裝、綁扎定位、夾件安裝等加強(qiáng)管控。同時在運輸途中做好避免大幅度顛簸的防振措施。現(xiàn)場就位要輕吊輕放，安裝時禁止遭受沖擊，安裝后檢查電抗器緊固件的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)松動要及時加以緊固。

根據(jù)現(xiàn)場電抗器表面有大量木片殘留和網(wǎng)狀物在氣道處，很容易堵塞散熱氣道，造成電抗器過熱，應(yīng)加強(qiáng)運行維護(hù)，在運行一段時間后對鐵芯表面、鐵芯柱散熱通道、線圈散熱通道等處進(jìn)行清潔，避免電抗器通風(fēng)散熱不良，長時間運行導(dǎo)致熱量積累而造成影響。

值班員應(yīng)將電抗器作為巡視的重點設(shè)備，特別是在負(fù)荷高峰期，應(yīng)增加電抗器巡視和紅外測溫的次數(shù)，以便及早發(fā)現(xiàn)電抗器故障并及時切除電容器裝置，避免事故擴(kuò)大。同時，采取技術(shù)手段，給電抗器安裝高溫報警裝置以便實時監(jiān)控電抗器狀態(tài)。

3 結(jié)束語

通過對事故電抗器的運行環(huán)境的分析、變電站10 kV母線運行電壓的諧波監(jiān)測，設(shè)備返廠后的溫升試驗以及對電抗器本體的解體分析，可以發(fā)現(xiàn)，對于電抗器三相直阻相同，但個別相溫升較大或者燒毀，可以確定該相鐵芯存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致渦流損耗大，需要及早退出運行處理。電抗器燒毀的主要原因是電抗器鐵芯松動造成片間短路。針對鐵芯松動，提出了在電抗器生產(chǎn)制造方面加強(qiáng)工藝質(zhì)量控制、運輸、安裝、運行維護(hù)等方面防止鐵芯燒毀的防范措施。對電抗器的生產(chǎn)、安裝質(zhì)量控制以及運行環(huán)境提出了要求。