一起500 kV高壓電抗器異常案例分析

王浩州，顏冰，代維菊，錢國超，朱家良，李昭，趙加能，周帆，周捷

（1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2.云南電網有限責任公司昆明供電局，昆明 650051）

0 前言

并聯電抗器是電力系統中的關鍵設備，對整個系統的安全穩定運行起到關鍵作用。投運之后電抗器出現乙炔超標的情況較多[1-8]。對乙炔超標后電抗器的跟蹤與處理尤為重要[9-10]。

1 故障簡介

某供電局500 kV變電站500 kV高壓電抗器自2020年6月18日投運以來，在線油色譜在投運9日后開始出現痕量乙炔（0.42 μL/L），逐漸上升至投運3個月的2.44 μL/L。高壓電抗器投運當月和第二個月離線油色譜檢測數據乙炔為零，第三個月檢測發現乙炔含量為2.17 μL/L大于規程注意值1 μL/L。數據計算乙炔絕對增長速率為0.8 ml/d（超過DL/T 722規程值0.2 ml/d）、總烴氣體絕對增長率為7.1 ml/d（未超過DL/T 722規程值12 ml/d）；總烴相對增長率363%，超過檢修試驗規程值10%每月。根據三比值法編碼為102，表征高抗內部發生電弧放電故障。電抗器型號為：SFSZ9-20000/110，生產日期：2020年2月，投運日期：2020年6月。

2 現場分析

2.1 超聲和高頻局放測試分析

現場布置了超聲和高頻傳感器，經全方位普測后，確定C相高抗現場超聲局放幅值最大的三個傳感器布點位置見圖1。

圖1 C相高抗超聲局放幅值最大的三個傳感器布點外觀

C相高抗超聲局放幅值最大的三個傳感器幅值大于100 mV，波形見圖2。

圖2 C相高抗超聲局放最大三個幅值波形圖

對比A相和B相，超聲幅值小于10 mV，見圖3和圖4。

圖3 A相高抗超聲局放最大幅值波形圖（位置同C相）

圖4 B相高抗超聲局放最大幅值波形圖（位置同C相）

選取40 kHz-300 kHz、1 MHz-5 MHz、10 MHz-20 MHz三個頻帶，分別對C相高抗進行高頻局放測試，均發現鐵心處出現異常信號，見圖5～圖7。

圖5 頻帶40 kHz-300 kHz下C相高頻局放信號圖譜

圖6 頻帶1 MHz-5 MHz下C相高頻局放信號圖譜

圖7 頻帶10 MHz-20 MHz下C相高頻局放信號圖譜

通過對高抗B、C相高頻檢測對比，在高壓電抗器C相內均存在異常放電信號。

2.2 振動測試分析

1）振動傳感器安裝布置

現場開展了500 kV三相高抗帶電狀態下振動測試，C相高抗振動傳感器布點位置見圖8，

圖8 C相高抗布點示意圖

2）振動信號比對

經振動測試發現，C相高抗各布點振動加速度明顯高于A相和B相。相同位置下C相高抗振動加速度最大值約為45 m/s2、A相和B相為10 m/s2。且存在大量高頻雜波，表明C相高抗內部存在金屬連接部位固定螺栓松動引起振動信號增強，與局放信號表征應證。見圖9-11。

圖9 三相高抗A面和B面時域最大振動加速度圖譜

圖10 三相高抗C面和D面時域最大振動加速度圖譜

圖11 三相高抗A面頻域圖譜

2.3 高頻和超聲局放測試分析

發現乙炔超標后，在并聯電抗器間隔C相電抗器增加了重癥監護系統及日常負荷的監視。通過在電抗器本體上裝設多組傳感器，實現對電抗器的高頻和超聲局放、振動、溫度、外殼接地電流參數的實時采集和分析，若出現異常放電信號會預警、報警。

通過對監護系統數據分析，發現高頻局放監測波形存在異常信號，超聲波監測波形未見異常。高頻局放監測波形如12、13圖所示：

圖12 在線高頻局放監測圖譜

圖13 在線高頻局放檢測圖譜

通過遠程對高頻局放實時波形圖譜分析，高頻圖譜相對于第一次檢測的高頻局放圖譜存在一定的差異性。第一次檢測的圖譜明顯呈現為三簇，并且經過現場與其他高抗鐵心和夾件、高抗外殼及周邊避雷器接地扁鐵均存在此高頻信號（信號三簇、相位相差120°）。第二次高頻局放監測圖譜中統計圖譜中明顯呈現為四簇，一個工頻周期內位于90°和270°附近存在相位對稱脈沖信號，分析判斷該信號為內部放電信號。該信號在相位90°附近波形較明顯，270°附近與外部電暈放電相位出現重疊。由于外部電暈放電幅值較大，內部放電信號負半周波形并不明顯。

在高頻檢測過程中，調整監測頻帶至高頻帶，則只能監測到本相上的電暈脈沖信號，其他相位信號消失，說明該放電信號頻率含量相對較低，一般頻率含量較低的放電信號多為接觸不良性質的非陡脈沖信號。

超聲信號在整個監測周期內未監測到明顯的超聲信號波動，遠程圖譜分析波形呈現典型電抗器振動波形，未接收到有效的放電超聲信號。根據結構進行分析，如果放電源位于高壓引線均壓罩位置存在接觸不良，這種放電類型本身聲信號輻射能力較差，該位置外部由成型絕緣件進行覆蓋，內部超聲信號向外傳輸過程中會受到絕緣件的影響，超聲信號在絕緣件內壁上產生嚴重的折反射，造成能量的急劇衰減，并且絕緣件具有一定的厚度，超聲信號很難穿透絕緣件傳輸到油箱外部。

3 返廠解體情況

為了查明高抗振動及油色譜的異常原因，高抗返廠解體檢查分析，對高抗油箱、器身、鐵心、線圈部位開展現場解體檢查。高抗解體后發現，高抗油箱、線圈、器身以及鐵心夾件絕緣電阻未見明顯異常，現場檢查異常情況如下：

鐵心壓緊系統拆卸壓力為29 Mpa，設計值為36 MPa，減小約20%。拆解上鐵軛時，逐個檢查壓釘情況，四點器身高度無異常。

鐵心采用單相三柱結構，心柱由鐵心餅壘積而成。鐵心用高導磁、低損耗的晶粒取向冷軋硅鋼片制造，鐵軛采用矩形截面；下夾件與拉板焊接成“U”形結構，構成穩定的框架結構，提高鐵心機械強度。鐵心采用高強度拉緊結構，除鐵心柱中心有拉緊螺桿之外，在旁軛的兩端還有4根拉螺桿，以保證壓緊鐵心，減小噪聲和振動，見圖14。

當鐵心壓緊系統拆卸壓力比設計值減小時，低于廠家控制標準36 MPa要求。此時電抗器輻向振動無法很好的抑制，易導致上鐵軛與短片接觸不良，造成間歇性低能放電情況。

鐵心局部表面存在5處可擦除的黑色印跡，其中包含排油內檢時發下鐵軛印記。進一步拆除圍屏與線圈后，觀察鐵心外觀發現鐵心局部表面存在5處可擦除的黑色印跡，其中包含排油內檢時發下鐵軛印記，如圖15所示。對5處黑色印記使用無紡布進行擦拭后，黑色印記可被擦除。金屬表面無燒蝕痕跡，表面平整。初步判斷黑色印記為大顆粒油泥沉淀物。

圖15 下鐵軛表面存在黑色印跡(左圖為拆除圍屏前，右圖為拆除圍屏后)

其中，下鐵軛的黑色印跡擦拭后，可觀察到相間隔板對下鐵軛施加力而產生的輕微痕跡。

經現場檢查，吊出器身檢查，觀察與測量該電抗器器身、接地線、引線外觀無明顯異常。拆除圍屏，拔出故障相C相線圈進一步檢查。線圈上壓板無變形情況，發現電抗器內、外圍屏表面干凈，無異常痕跡。線圈墊塊無偏移，上下部對齊無位移，相間隔板邊緣處有黑色印記。鐵心表面檢測后沒有發現異常，上鐵軛無扭曲，鐵心餅拉桿螺桿無異常，旁軛穿心螺桿絕緣正常。

4 結束語

1）結合現場檢查、油色譜分析及返廠檢查等綜合分析該高壓電抗器油色譜異常的原因為：鐵心壓緊系統壓緊力不足，運行過程中鐵心餅帶動上鐵軛振動，導致高抗振動異常，同時上鐵軛與短片間可能存在接觸不良，造成間歇性低能放電。

2）下夾件與支撐梁的黑色附著物原因分析：對下夾件與支撐梁的部分黑色異物進行擦拭后，黑色附著物下的油漆較完整，2處缺口可能裝配中磕碰導致。對2處缺口處的黑色異物刮取采樣，由于現場很難取樣因此刮蹭了少許油箱表面金屬，因此檢測結果是以鐵元素為主的金屬元素混合物。該處異常與主變油色譜異常無明顯關系。

3）嚴控同型電抗器安裝工藝質量。對新投入的同型號的電抗器應嚴格按照該套管的現場安裝工藝要求，施加力矩和拉伸長度等參數均應嚴格執行套管廠家的要求，避免出現拉力過松或過緊的情況。產品壓緊時關注液壓機壓緊力，若出現拉螺桿傾斜或螺母卡頓，壓緊力不能有效垂直加壓至鐵軛以及鐵心餅上，鑒于該原因，后續制作過程檢驗增加壓緊后壓緊行程校核。

4）利用在線和離線油色譜分析手段加強同型電抗器的巡維，發現異常及時跟蹤上報。同時持續跟蹤該主變帶電局放監測信號的變化趨勢，監視高壓電抗器運行狀態監測。