魏 敏

（泉州億興電力有限公司，福建 泉州 362000）

一起35kV空心電抗器故障原因分析及預(yù)防措施

魏 敏

（泉州億興電力有限公司，福建 泉州 362000）

本文針對一起35kV空心電抗器運行中發(fā)生故障燒毀的情況，根據(jù)現(xiàn)場檢查和返廠解體并進行諧波測試和分合閘過電壓測試分析，得知故障原因為：多次投切時產(chǎn)生過電壓對電抗器匝間絕緣產(chǎn)生不利影響，由于累積效應(yīng)，造成電抗器匝間絕緣破壞，最終導(dǎo)致電抗器燒毀。針對本次故障原因分析，提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施：提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善安裝工藝；加強試驗和運行監(jiān)測；降低操作過電壓值等預(yù)防和處理措施，從而提高電網(wǎng)運行的可靠性。

空心電抗器；燒毀；分、合閘過電壓；預(yù)防和處理措施

干式空心電抗器沒有鐵心，以空氣作為磁介質(zhì)，沒有限制性磁回路，由多個并聯(lián)的線圈包封組成。每個包封由環(huán)氧樹脂浸漬過的玻璃纖維對線圈進行包封絕緣，整體性強，機械強度高，不帶任何鐵心，不存在磁飽和問題，因此在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。電抗器與電容器組相串聯(lián)，組成諧振回路，濾除高次諧波，對其他諧波有抑制作用，降低電力系統(tǒng)的電壓波形畸變，同時可減少電容器的涌流，達到保護電容器的作用；但在運行過程中，常因受絕緣老化、過電壓、諧波以及環(huán)境影響等因素，導(dǎo)致電抗器匝間絕緣受到破壞，甚至燒毀現(xiàn)象的發(fā)生[1-5]。

1 故障概況

1.1 故障情況

2015年1月20日22時，局500kV站#2主變中35kV 23L電抗器組過流Ⅱ保護動作跳開23L電抗器組236開關(guān)，運行人員檢查發(fā)現(xiàn)23L電抗器組A相本體起火燃燒，起火面積超2/3，一側(cè)接頭完全燒毀，現(xiàn)場已經(jīng)無法對該相電抗器進行相關(guān)電氣試驗。

1.2 現(xiàn)場檢查

事故發(fā)生后，組織專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)A相電抗器燒毀，如圖1所示，現(xiàn)場情況如下。

1）對站內(nèi)相關(guān)避雷器按國標(biāo)GB 11032—2010要求做了相關(guān)檢查和實驗，結(jié)果顯示避雷器外觀完好，計數(shù)器正常，實驗數(shù)據(jù)符合國標(biāo)要求，避雷器沒有動作情況，且故障期間站內(nèi)沒有操作記錄，可知23L電抗器組起火之前系統(tǒng)未出現(xiàn)過電壓。

2）35kV 23L并聯(lián)電抗器組保護裝置過流Ⅱ段整定值為0.6A（二次值）、出口時間0.5s。35kV 23L并聯(lián)電抗器A相本體發(fā)生匝間短路故障后，故障電流為1199.54A（一次值），達到過流Ⅱ段整定值，經(jīng)507ms出口跳閘，46ms切除故障點。

3）電抗器組采用單臺獨立安裝，相間距離較大，且電抗器組處于變電站的中心地帶，現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)飄掛物的痕跡，可排除發(fā)生相間絕緣擊穿故障。電抗器支柱絕緣子良好，電抗器組A相與地面之間沒有放電痕跡，且最早冒煙燃燒位置在頂部，可排除發(fā)生直接接地故障。

圖1 23L電抗器組A相燒損情況

2 故障原因分析

2.1 設(shè)備解體檢查

1）將發(fā)生故障的35kV 23L并聯(lián)電抗器A相進行返廠解體，發(fā)現(xiàn)該電抗器上星形架鋁排已經(jīng)燒熔，防雨帽也被燒毀；第1—19包封的上、下端均被燒壞，燒壞范圍垂直距離在300mm以內(nèi)。

剖開線圈第15包封，該包封下端有比較明顯的鋁線熔斷后燒開裂的口子、導(dǎo)線熔斷裂口帶，長約320mm，裂口最寬處約60mm，如圖2（a）所示。剖開線圈第16包封（從外往里數(shù)），該包封下端有更加明顯的鋁線熔斷裂口，且與15包封受損處相呼應(yīng)，如圖2（b）所示。

2.2 故障情況分析

通過解體檢查，可以對故障原因做以下分析。

1）發(fā)現(xiàn)故障點在電抗器第16包封的下端，直接故障原因為匝間短路。匝間短路產(chǎn)生的電弧致使第15和第17包封相應(yīng)位置的匝間遭受絕緣破壞。

圖2 第15、16包封

2）檢查發(fā)現(xiàn)35kV 23L并聯(lián)電抗器額定電壓35kV，額定電流742A，額定電抗值為22.75Ω，額定頻率50Hz；設(shè)置了電流速斷保護，過電流保護和差動保護。

由1.2節(jié)可知A相電抗器故障電流為Iop= 1199.54A，由以上計算可知，Iop＜Iop1，故I段保護未動作；而Iop處于Iop2的整定范圍內(nèi)，故Ⅱ段保護動作，切除故障點；由于差動保護反應(yīng)不出電抗器匝間故障（僅能保護電抗器引下線相間短路），故差動保護也未動作；由此可以看出保護整定值正確，保護動作正確。

3）可以推測，當(dāng)15、16、17包封發(fā)生匝間短路后，部分線圈的自感抗發(fā)生變化，同時線圈之間的互感也隨之改變，打破了電抗器運行的平衡狀態(tài)，電抗器的電抗值逐漸降低，流過電抗器的電流由額定值開始上升，直至到達1200A（此時折算出的電抗值為16.84Ω）。從電抗器開始燃燒到保護跳閘這段過程中，火勢慢慢加強，由于煙囪效應(yīng)，電抗器上部產(chǎn)生更高的溫度，使電抗器上端部燃燒起來。

2.3 試驗分析

為進一步驗證上一小節(jié)故障情況分析的準(zhǔn)確性，分別對未燒毀的B、C電抗器做了匝間絕緣缺陷試驗，并對35kV 2M母線進行了諧波測試和過電壓測試。

1）B、C相電抗器匝間絕緣測試

根據(jù)IEEE Std C57.21—2008，采用脈沖電壓法檢驗23L電抗器組非故障相是否存在匝間絕緣缺陷問題[7]。使用示波器觀察的23L電抗器組B、C相上的電壓波形，試驗結(jié)果如圖3所示。對B相電抗器施加35kV電壓時，電抗器上電壓的衰減周期T=102.6μs；施加電壓為128kV時，T=102.6μs，在試驗過程中的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形和全電壓試驗時的電壓波形過零點重合，振蕩頻率相同；同樣方法測C相，得到的試驗值和B相類似。綜上所述，23L電抗器組B、C相匝間絕緣狀態(tài)良好。

圖3 試驗電壓波形

2）母線諧波測試

為排除電抗器因諧波造成過熱燒毀，對35kV 2M母線進行了諧波測試。采用三相四線接線方式，以10周波為基本測試周期，每30s進行一次數(shù)據(jù)存儲，重點監(jiān)測電壓諧波、電流諧波，測試結(jié)果見表1、表2。

表1 電壓諧波測試結(jié)果

表2 電流諧波測試結(jié)果

對35kV電壓等級，參考國標(biāo)《GB/T 14549—93電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》，對本次測試的結(jié)果（95%概率值）進行分析?？梢钥闯?，電壓諧波合格，電流諧波水平較低，電抗器不會因為諧波而產(chǎn)生過熱燒毀[8]。

3）母線過電壓測試

在投切并聯(lián)電抗器時，多頻次投切產(chǎn)生的過電壓累積效應(yīng)對絕緣的損害是極其嚴(yán)重的，造成電抗器匝間絕緣老化，逐步損傷匝間絕緣性能[9-11]。對35kV 2M母線投切23L并聯(lián)電抗器時的過電壓進行監(jiān)測，系統(tǒng)接線如圖4所示，測量點及測試內(nèi)容見表3。

圖4 過電壓測試系統(tǒng)接線

表3 測量點及測試內(nèi)容

在試驗過程中進行多次分合閘操作，合閘過電壓和分閘過電壓測試結(jié)果隨機抽取10組，分別見表4、表5。

表4 合閘過電壓測試結(jié)果

表5 分閘過電壓測試結(jié)果

3 預(yù)防措施

針對本次故障暴露的問題，需采取相應(yīng)的預(yù)防措施，提高設(shè)備運行的可靠性。

3.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善安裝工藝

1）選用電抗器線圈質(zhì)量好，工藝水平高，散熱效果好，絕緣材料等級高（達到F級，涂層采用PRTV涂料），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的電抗器品牌。

2）選擇具有先進監(jiān)測手段的電抗器，例如在電抗器內(nèi)部埋置熱電偶傳感器或埋置Bragg光柵傳感器來測量電抗器風(fēng)道溫度，利用無線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)實時傳輸至后臺；也可利用紅外測溫技術(shù)監(jiān)測電抗器表面溫度。通過實時監(jiān)測運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)缺陷或異常時及時采取措施[13-14]。

3）電抗器采用疊裝結(jié)構(gòu)安裝，可有效防止電抗器由單相故障發(fā)展為相間故障。

3.2 加強試驗和運行監(jiān)測

1）加強檢驗和試驗，例如可采用局部放電監(jiān)測法診斷干式空心電抗器存在的絕緣缺陷，也可以利用匝間過電壓試驗法對電抗器的匝間絕緣進行監(jiān)測，通過波形對比方法判斷是否存在絕緣故障[15-19]。

2）運行期間應(yīng)增加巡視和監(jiān)測次數(shù)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時處理和維護。

3.3 降低操作過電壓值

高壓真空斷路器投切電抗器時會產(chǎn)生過電壓，針對感性負(fù)載操作時會產(chǎn)生過電壓，可采取如下措施提高電網(wǎng)質(zhì)量。

1）用避雷器保護，可降低過電壓幅值，將過電壓抑制在避雷器殘壓范圍內(nèi)，但相間仍承受較高的過電壓，過電壓陡坡不能得到緩解，頻率響應(yīng)也不夠高，且對復(fù)燃過電壓抑制效果不好。

2）電抗器兩端并聯(lián)阻容吸收器，增大振蕩回路電容，降低振蕩幅值和振蕩頻率，降低繞組匝間的電位梯度。

3）在電容回路中串聯(lián)電阻器，消耗振蕩能量。

4）在母線上增設(shè)阻容吸收器，抑制母線高頻振蕩的操作過電壓。在母線側(cè)安裝阻容吸收器效果較好（可選RC參數(shù)為0.05/100Ω），它通?？梢詫⑦^電壓水平限制到較低水平。

5）采用組合式保護方式，即ZnO避雷器和RC保護裝置結(jié)合，即可抑制分、合閘過程產(chǎn)生的過電壓，又可以限制系統(tǒng)故障產(chǎn)生的高幅值切斷過電壓，效果比前幾種更好[20]。

4 結(jié)論

通過檢查、解體及試驗可以總結(jié)故障原因如下：多次投切時產(chǎn)生過電壓對電抗器匝間絕緣產(chǎn)生不利影響，由于累積效應(yīng)，造成電抗器匝間絕緣破壞，最終導(dǎo)致電抗器燒毀。通過本次電抗器故障的原因分析，本文提出了相應(yīng)的預(yù)防和處理措施：①提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善安裝工藝；②加強試驗和運行監(jiān)測；③降低操作過電壓值等。通過以上措施，能保證電抗器安全運行，也最大限度的滿足電網(wǎng)安全運行的要求。

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Failure Analysis and Preventive Measures of the 35kV Core Reactor

Wei Min
(Quanzhou Yixing Electric Power Co., Ltd, Quanzhou, Fujian 362000)

According to the 35kV reactor which burned in operation, harmonic test and swithing overvoltage test were adopted based on the on-site inspection and disintegration, cause of issue: multi frequency switching over voltage reactor can produce cumulative effect on reactor, due to the cumulative effect, resulting inter-turn insulation damage, cause burning reactor. For this reason the reactor failure analysis, put forward the corresponding prevention and treatment measures: to improve product quality, improve the installation process; strengthen testing and operation monitoring, reduce operational over-voltage and other prevention and treatment measures to improve the reliability of power grid operation.

core reactor; burned failure; switching overvoltage; prevention and treatment measures

魏 敏（1979-），男，工程師，工程碩士，從事電力、電氣設(shè)備設(shè)計和智能化研究工作。