戴喜明 李光 莫貫楠 劉佳銘 盧屹磊 靳儒昌 王克

摘要：對(duì)超高壓遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路而言，空載或輕載時(shí)線(xiàn)路電容的充電功率是很大的，通常充電功率隨電壓的平方面急劇增加，巨大的充電功率除引起上述工頻電壓升高現(xiàn)象之外，還將增大線(xiàn)路的功率和電能損耗以及引起自勵(lì)磁，同期困難等問(wèn)題。裝設(shè)并聯(lián)電抗器可以補(bǔ)償這部分充電功率，從而通過(guò)調(diào)整并聯(lián)電抗器的數(shù)量來(lái)調(diào)整運(yùn)行電壓以達(dá)到改善電力系統(tǒng)無(wú)功功率的運(yùn)行狀況。本文針對(duì)近年來(lái)幾起35kV并聯(lián)電抗器發(fā)生故障進(jìn)行深入分析，探究事故發(fā)生原因，提出了有關(guān)制造工藝及運(yùn)行維護(hù)中預(yù)防措施，提高35kV并聯(lián)電抗器穩(wěn)定運(yùn)行能力。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)電抗器；擊穿放電；發(fā)熱

一、故障發(fā)生簡(jiǎn)要情況

2018年4月22日22時(shí)50分54秒，某500kV變電站35kV#6電抗器3834開(kāi)關(guān)跳閘，過(guò)流2段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流1.67A。專(zhuān)業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)35kV#6電抗器B相頂部調(diào)匝環(huán)與本體連接處引線(xiàn)熔斷，調(diào)匝環(huán)及附近包封有燒損痕跡，電抗器第6-8包封（從內(nèi)向外）有熏黑痕跡。5月8日在廠(chǎng)家對(duì)故障電抗器進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)第7包封內(nèi)外側(cè)有貫穿放電痕跡，上部靠近匯流排部分有15cm左右包封燒損嚴(yán)重，判斷電抗器首先發(fā)生匝間短路，著火后造成上下貫穿放電，電抗器跳閘。

二、電抗器發(fā)生故障情況

以上發(fā)生故障的電抗器均，型號(hào)BKGKL-20000/35。故障后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)電抗器頂部調(diào)匝環(huán)燒黑、調(diào)匝環(huán)引線(xiàn)有燒斷現(xiàn)象、調(diào)匝環(huán)樹(shù)脂層部分燒損嚴(yán)重，頂部防雨罩有熏黑痕跡。檢查電抗器頂部由外至內(nèi)6-8（故障1）包封有放電燒損痕跡，內(nèi)包封燒傷嚴(yán)重，部分撐條已開(kāi)裂，其對(duì)應(yīng)底部也有燒損痕跡，電抗器運(yùn)行期間電流無(wú)異?！，F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電抗器高壓試驗(yàn)，直流電阻、絕緣電阻、電抗值測(cè)定，試驗(yàn)值均合格。

故障電抗器返廠(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)：1. 除故障包封外各包封沒(méi)有絕緣老化變色痕跡，包封線(xiàn)匝排列緊密，匝間絕緣無(wú)缺陷。2. 各包封氣道中有少量紗毛、紗頭等，不影響設(shè)備運(yùn)行。3. 各層包封與匯流排連接引線(xiàn)完好，故障部位上部調(diào)匝環(huán)引線(xiàn)燒斷。4. 檢查故障中電抗器7包封、故障中電抗器9包封兩側(cè)有貫穿性放電痕跡，故障1中電抗器7包封、故障2中電抗器9包封有700mm長(zhǎng)，200mm寬放電點(diǎn)，放電位置距頂部150mm，左右包封燒損嚴(yán)重，導(dǎo)線(xiàn)、絕緣材料已經(jīng)融化對(duì)應(yīng)上部匯流排和下部匯流排處有明顯放電痕跡，對(duì)應(yīng)故障位置包封從上到下，顏色從深到淺，有明顯的過(guò)熱痕跡，故障位置包封開(kāi)裂。

同時(shí)，專(zhuān)業(yè)人員對(duì)同批次電抗器調(diào)匝環(huán)進(jìn)行精確紅外測(cè)溫。調(diào)匝環(huán)溫度較其他部位溫度差別不大，無(wú)明顯異常。

三、故障原因分析

根據(jù)入廠(chǎng)解體檢查情況分析，此電抗器故障為上部匯流排下方燒毀最嚴(yán)重的貫穿洞處絕緣損壞而發(fā)生匝間短路，使其匝間繞組電流增大而發(fā)熱，并燒毀繞組外部纏繞的聚酯膜、玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂絕緣介質(zhì)。燃燒產(chǎn)生的熱溶物向外擴(kuò)散，同時(shí)向下飄落，造成上下星臂間發(fā)生貫穿性放電，過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作使開(kāi)關(guān)跳閘。

匝間短路原因分析：

1. 結(jié)合故障電抗器的故障現(xiàn)場(chǎng)檢查、廠(chǎng)內(nèi)解體分析。

1）故障點(diǎn)位于調(diào)匝環(huán)及匯流排正下方，距電抗器頂部150mm左右，電抗頂部約150mm為環(huán)氧膠、玻璃絲等固化物，沒(méi)有導(dǎo)線(xiàn)；

2）調(diào)匝環(huán)匯流線(xiàn)已燒斷，絕緣均破壞燒熔；

3）故障現(xiàn)象為上下匯流排之間貫穿放電；

4）故障發(fā)生在電抗器投運(yùn)2h后；

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)解體情況，分析原因有以下幾點(diǎn)：

1）調(diào)匝環(huán)工藝和材質(zhì)不佳。電抗器包封層本體采用高溫固化工藝，本體包封層由玻璃絲浸膠先纏繞一層，再纏繞線(xiàn)圈，然后在線(xiàn)圈外層由玻璃絲浸膠再纏繞一層，同時(shí)纏繞一層玻璃布并刷膠，各層纏繞都由機(jī)器繞制完成，所用的環(huán)氧膠必須經(jīng)過(guò)高溫固化，所以本體繞制完成后要運(yùn)入高溫爐內(nèi)進(jìn)行高溫固化。

本體包封固化完成后根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況為平衡各包封層電流加裝調(diào)整環(huán)，調(diào)匝環(huán)制作由工作人員在電抗器上手工繞制線(xiàn)圈，線(xiàn)圈外部用玻璃布浸膠后人工進(jìn)行包繞，所用環(huán)氧膠常溫即可固化（如果對(duì)調(diào)匝環(huán)高溫固化，則本體就要二次經(jīng)受高溫，影響本體絕緣，所以調(diào)匝環(huán)采用了常溫固化），常溫固化絕緣強(qiáng)度較高溫固化要低。

（2）調(diào)匝環(huán)在設(shè)計(jì)上存在易受過(guò)電壓沖擊的問(wèn)題。故障電抗器調(diào)匝環(huán)位于電抗器上方，是進(jìn)線(xiàn)的前幾匝，易受到電網(wǎng)過(guò)電壓的沖擊，調(diào)匝環(huán)成為整個(gè)電抗器的絕緣薄弱點(diǎn)，由于調(diào)匝環(huán)在電抗器的上部，在生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程中易受外力損傷。

（3）調(diào)匝環(huán)工作環(huán)境溫度高。調(diào)匝環(huán)位于電抗器頂部，運(yùn)行電抗器產(chǎn)生的熱流上升，聚集于頂部，使得調(diào)匝環(huán)的工作環(huán)境溫度較高，絕緣易老化。

（4）電抗器震動(dòng)使調(diào)匝環(huán)受損。運(yùn)行電抗器的震動(dòng)極易使調(diào)匝環(huán)與固定鋁排產(chǎn)生摩擦，破壞調(diào)匝環(huán)外絕緣；另外包封匯流線(xiàn)與匯流排或調(diào)匝環(huán)的連接均為焊接，運(yùn)行中長(zhǎng)期振動(dòng)存在松動(dòng)造成接觸不良可能容易造成電抗器包封引線(xiàn)斷線(xiàn)，從而改變包封內(nèi)的電壓及電流分布。

綜上所述，調(diào)匝環(huán)是電抗器絕緣薄弱點(diǎn)，調(diào)匝環(huán)運(yùn)行后內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)局部絕緣降低最終導(dǎo)致匝間短路，是此次電抗器故障的起因。調(diào)匝環(huán)發(fā)生匝間短路后形成較大環(huán)流，造成導(dǎo)線(xiàn)過(guò)熱引起燃燒，甚至燒熔，融化掉落至層間，引起層間、匝間短路，貫穿放電（因電抗器頂部150mm為環(huán)氧膠、玻璃絲等固化物，所以這兩起故障均發(fā)生在頂部150mm以下位置）。

根據(jù)此廠(chǎng)家生產(chǎn)的電抗器近幾年發(fā)生的缺陷，發(fā)現(xiàn)大部分與各包封的電流分配以及調(diào)匝環(huán)有關(guān)，暴露出電抗器生產(chǎn)中調(diào)匝環(huán)工藝處理方面存在缺陷。

四、改進(jìn)措施

1. 需加強(qiáng)電抗器制造工藝控制，繞線(xiàn)過(guò)程中加大對(duì)電抗器絕緣層檢驗(yàn)力度，加強(qiáng)工藝過(guò)程的可追溯性，修整過(guò)程中加大電抗器氣道內(nèi)部的清理，保證電抗器氣道內(nèi)沒(méi)有紗毛、紗頭等。對(duì)電抗器頂部調(diào)匝環(huán)進(jìn)行位置調(diào)整，同時(shí)加強(qiáng)調(diào)匝環(huán)匯流線(xiàn)焊接質(zhì)量管控，確保焊接牢固。對(duì)電抗器發(fā)貨前對(duì)各個(gè)氣道再次進(jìn)行檢查，保證內(nèi)部沒(méi)有異物。據(jù)調(diào)研，北京電力設(shè)備總廠(chǎng)、中揚(yáng)電抗器廠(chǎng)等廠(chǎng)目前在工藝上能在繞制階段完成電抗各層電流調(diào)平，不需加裝調(diào)匝環(huán)，合容廠(chǎng)家應(yīng)提高工藝控制，避免使用調(diào)匝環(huán)。

2. 目前特高壓電抗器和其他要求較高的電抗器采用了換位導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行繞線(xiàn)，各層繞線(xiàn)過(guò)程中電抗不會(huì)產(chǎn)生太大的偏差，繞制完成后不用調(diào)匝環(huán)調(diào)整，對(duì)電抗器整體性能有很大提高。

（作者單位：國(guó)網(wǎng)河北檢修公司）