330 kV并聯(lián)電抗器溫度過高的原因分析與改造

陳建春

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

并聯(lián)電抗器，一般接在高壓輸電線的末端和地之間，起無功補(bǔ)償作用。津巴布韋用電負(fù)載大多數(shù)為感性負(fù)荷，當(dāng)感性負(fù)載較大時會削弱或消除這種線路的系統(tǒng)電壓升高現(xiàn)象。由于當(dāng)?shù)貒邑?fù)載是在隨時變化的，在周末或者傍晚負(fù)載較小時就會出現(xiàn)這種工頻過壓。津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)項目設(shè)計考慮到這個問題，在3條330 kV出線線路上分別增設(shè)布置1臺電抗器。電抗器型號：BKS-40000/330 TH,冷方式：ONAN，并聯(lián)電抗器自2017年12月投運(yùn)以來，已累計運(yùn)行36個月，在近2年的10~11月份期間，每年均出現(xiàn)多次油溫過高報警現(xiàn)像，針對油溫溫度過高報警問題，本文進(jìn)行研究分析并進(jìn)行必要的改造，以降低繞組溫度和油溫溫度。

1 報警現(xiàn)象

擴(kuò)建電站現(xiàn)場布置的3臺電抗器（尤其1號電抗器）自2017年投運(yùn)以來，在近2年的旱季（10-11月份）期間發(fā)現(xiàn)運(yùn)行時繞組溫度過高和油溫過高報警現(xiàn)象，現(xiàn)場電抗器油溫警報設(shè)置溫度為85℃，跳閘溫度設(shè)置為95℃。繞組警報溫度為95℃，跳閘溫度為105℃，導(dǎo)致電抗器發(fā)生油溫高溫警報信號，不得不停機(jī)冷卻后再重新投入運(yùn)行。

表1 現(xiàn)場測量油溫和繞組溫度 溫度單位：℃

2 溫度過高原因排查

針對電抗器運(yùn)行溫度過高現(xiàn)象，維保機(jī)構(gòu)及時對電抗器進(jìn)行排查，排查內(nèi)容如下：

（1）在電抗器停運(yùn)后，做好安全措施后，首先檢查多組散熱器的上下閥門是否全部完全打開，散熱器的上下閥門如果沒有全部完全打開，將會造成油溫過高。檢查時逐一使用專用扳手“關(guān)—開”1~2次，確認(rèn)閥門均為全開狀態(tài)。

（2）檢查電抗器本體內(nèi)部是否有空氣沒有排干凈。試著將本體所有的排氣閥輕緩的開一次（不可破壞密封），試圖排出本體內(nèi)部的氣體。油中混有氣體時將導(dǎo)致絕緣油熱傳導(dǎo)不暢，從而使得油溫過高，檢查均正常。

（3）在1號（2號、3號）電抗器（包括各個中性點(diǎn)電抗器）停運(yùn)24 h的情況下檢查他們的基礎(chǔ)油溫（含繞組溫度）。由于1號電抗器（包括1號中性點(diǎn)電抗器）的安裝位置正好是迎著太陽的，幾個測溫包是長時間在陽光下爆嗮的，是否有可能是因為這個原因造成溫度過高？而2號（3號）電抗器的安裝位置恰好避開了長時間陽光爆嗮,檢查未投入運(yùn)行時的基礎(chǔ)油溫均在50℃左右，繞組溫度均在52℃上下，對3臺電抗器油溫和繞組溫度對比，相差不大。

（4）重新檢查確認(rèn)繞組溫控器和油溫控制器的報警溫度和跳閘溫度設(shè)置是否被調(diào)整更改過，檢查均正常。

（5）檢查各臺電抗器的運(yùn)行時間和運(yùn)行溫度記錄。3臺電抗器單次運(yùn)行時間與累計運(yùn)行時間是輪換投入運(yùn)行，運(yùn)行時間相差不大，而1號電抗器運(yùn)行的最高繞組溫度和油溫度略高于其他兩臺。

針對以上排查，基本可以排除是外部環(huán)境因素引起的油溫過高報警，并同時核對電抗器生產(chǎn)設(shè)計各參數(shù)。

（6）電抗器取油樣檢查，檢查結(jié)果如表2：

表2 現(xiàn)場取油樣檢查記錄

針對以上排查，基本可以排除是外部環(huán)境因素引起的油溫過高報警，同時核對電抗器生產(chǎn)設(shè)計各參數(shù)是否影響油溫升高。

3 電抗器部分參數(shù)

表3 電抗器部分參數(shù)

續(xù)表3

4 溫度過高原因分析與氣體含量的說明

4.1 針對繞組溫度過高問題

電抗器的溫升主要是根據(jù)產(chǎn)品的絕緣等級和絕緣耐熱等級而設(shè)計的，該產(chǎn)品采用的繞組絕緣材料為E級，它的絕緣耐熱最高耐受溫度為120℃，因此，即使繞組運(yùn)行溫度達(dá)到105℃也是可以正常運(yùn)行的，現(xiàn)在繞組運(yùn)行溫度并沒有達(dá)到這個極限值（根據(jù)記錄繞組運(yùn)行溫度達(dá)到94℃）。油溫過高警報：在產(chǎn)品設(shè)計時已經(jīng)考慮了津巴布韋的氣候特點(diǎn)，根據(jù)早期業(yè)主提供的油面溫升參考值為50 K，電站所在地卡里巴最高氣溫為45℃，也就是說產(chǎn)品設(shè)計的油溫警報溫度為95℃。在技術(shù)協(xié)議和運(yùn)行手冊，均有顯示電抗器的設(shè)計油溫報警溫度為95℃。但是由于電站要求現(xiàn)場實際設(shè)置的油溫報警溫度為85℃，如果業(yè)主想消除警報信號，可以考慮把85℃報警值調(diào)高為90℃或95℃，關(guān)于報警和跳閘溫度原始設(shè)置，業(yè)主不采納調(diào)高報警溫度。

4.2 針對氣體含量分析說明

根據(jù)津巴布韋電力公司提供的電抗器油色譜分析數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)，參照IEC60599變壓器油中溶解氣體分析標(biāo)準(zhǔn)對目前產(chǎn)品的氣體含量及溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行如下分析：

在IEC 60599標(biāo)準(zhǔn)中，對于判斷充油內(nèi)部設(shè)備故障有價值的溶解氣體為C2H2，H2，CH4，C2H4，C2H6，CO，CO2。標(biāo)準(zhǔn)中給出了90%的產(chǎn)品運(yùn)行中，油中氣體含量及產(chǎn)氣量的典型值，標(biāo)準(zhǔn)中對氣體含量和增長量的典型值見表4、表5。

表4 IEC 60599標(biāo)準(zhǔn)給出的90%產(chǎn)品的氣體含量的典型值

表5 IEC 60599標(biāo)準(zhǔn)給出的90%產(chǎn)品的氣體增長量的典型值

對照表4、表5，電抗器氣體含量均在正常的數(shù)據(jù)范圍，且可燃性氣體含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值。說明電抗器油紙絕緣系統(tǒng)性能是完好的。

油浸式并聯(lián)電抗器產(chǎn)品，其主要絕緣材料為變壓器油、紙和紙板，隨著運(yùn)行年限的增加，油紙絕緣長期處于高溫狀態(tài)下，分解出CO2是必然存在的客觀規(guī)律。尤其是津巴布韋地區(qū)的特點(diǎn)是高溫，且并聯(lián)電抗器產(chǎn)品投入運(yùn)行后即處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，CO2的含量在投入運(yùn)行的數(shù)年內(nèi)必將會持續(xù)增長。

綜合以上分析，電抗器產(chǎn)品早期設(shè)計時已考慮津巴布韋的熱帶環(huán)境條件，在溫升設(shè)計值針對溫升進(jìn)行了修正。根據(jù)1號、2號、3號3臺電抗器運(yùn)行記錄油溫分別為85℃、80℃、80℃，繞組溫度為94℃、92℃、92℃，環(huán)境溫度為44℃，推算1號、2號、3號電抗器油面溫升為41 K、36 K 、36 K，繞組溫升為50 K、48 K，48 K滿足技術(shù)及IEC 60076-2標(biāo)準(zhǔn)中要求，所有數(shù)據(jù)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但業(yè)主方當(dāng)前并不接受，提出要求對電抗器進(jìn)行降溫改造。

5 降溫整改方案設(shè)計

電抗器已累計運(yùn)行3年，但從近2年發(fā)生的報警現(xiàn)象分析，均發(fā)生在每年的10-11月份的旱季中午2：00左右，根據(jù)季節(jié)時間特點(diǎn)，保修機(jī)構(gòu)提出在電抗器散熱片下方增加吹風(fēng)裝置和自動控制啟停方案進(jìn)行改造。吹風(fēng)裝置布置和設(shè)計方案如下。

5.1 吹風(fēng)裝置布置方案

考慮電抗器已注油運(yùn)行，增設(shè)吹風(fēng)裝置時盡可能減少焊接帶來的不必要的麻煩，因此首先考慮散風(fēng)片下方的空間限制，將散熱片底部的油路總管做為吹風(fēng)裝置的固定支點(diǎn)，利用不銹鋼U型管夾穿過底部的油管將槽鋼固定好，再將吹風(fēng)裝置用螺栓連接固定在槽鋼下方。

圖1

圖2

圖3

5.2 吹風(fēng)裝置控制方案

圖4 主回路

吹風(fēng)裝置啟停控制方式采用油溫控制器的溫度接點(diǎn)進(jìn)行控制，當(dāng)溫度上升至設(shè)定溫度上限時啟動吹風(fēng)，當(dāng)溫度下降至設(shè)定溫度下限時停止吹風(fēng)，原計劃采用繞組的溫度接點(diǎn)控制，考慮現(xiàn)場繞組溫度控制器電纜進(jìn)線均已使用，電纜無法進(jìn)入繞組溫控器內(nèi)，最終采用2只油溫控制器的2組溫度接點(diǎn)進(jìn)行控制，控制設(shè)計見圖4、圖5。

圖5 控制回路

5.3 實施后的效果

項目現(xiàn)場經(jīng)過加裝改造后，降溫效果明顯，改造后3臺電抗器運(yùn)行時的油溫和繞組溫度如表6。

表6 改造后測量油溫和線組溫度 溫度單位：℃

6 結(jié)束語

針對津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)建項目3臺電抗器油溫和繞組溫度過高報警原因分析與改造處理，電抗器加裝吹風(fēng)裝置后降溫效果明顯，得到了電站的認(rèn)同。鑒于以上情況，今后同類產(chǎn)品在非洲區(qū)域使用時，建議采用外部冷卻方式散熱，而不能只采用自冷卻散熱。