500kV变电站35kV空芯并联电抗器故障分析 - 图文

500kV变电站35kV空芯并联电抗器故障分析

冯跃

（云南电网公司文山供电局，云南 文山 663000）

摘要：论文介绍某500kV变电站35kV空芯并联电抗器故障损坏情况，通过对空芯并联电抗器的解体检查，从结构设计、制作工艺及材料选用等方面进行深入分析故障原因，并提出相应的防护策略。

关键词：空芯并联电抗器；故障；原因分析；防护策略

一、前言

近年来，由于220～500kV超高压电网的发展，输电线路长度和容性充电功率的增加，使电网在轻载或线路空载时运行电压过高，影响电网的安全经济运行，致使空芯并联电抗器大量安装到电网系统内，以调节系统电压。空芯并联电抗器成本低廉、运行维护成本少等优点逐步取代了老式油浸式电抗器并在电网系统中广泛使用，但空芯并联电抗器作为电气设备，在运行中也存在不少问题，甚至出现烧毁等重大故障，本文以某500kV变电站35kV空芯并联电抗器烧损故障为例，详细分析烧损原因，并针对原因提出防护策略。

二、故障经过

某年某月某日，某500kV变电站后台监控机发跳闸信号，2号主变2号电抗器C相冒烟，随后该电抗器起火烧损，过流保护Ⅱ、Ⅲ段动作跳闸（故障电流为Ia=0.91A, Ib=0.78A, Ic=1.33 A，电抗过流Ⅱ、Ⅲ段保护动作整定值为0.82A，时限0.5秒）。该电抗器上一个月在巡视时发现电抗器基座上熔有银白色金属，防雨罩下表面有烧黑痕迹，停电检查发现电抗器顶部调匝环以损坏，并且截至故障前夕，电抗器每次测温结果均正常（本体接近62℃，中心接近102℃）。

图1 电抗器着火图

故障电抗器型号均为：

BKGKL-20000/34.5W，额定电压：34.5 /√3kV，最高工作电压：40.5kV，冷却方式：AN，绝缘等级：F级

三、解剖情况

为了了解电抗器损坏的具体原因，对电抗器解体检查分析，情况如下：

（1）电抗器调匝环（电抗器星形架上部的小线圈）在第一、二处烧断，在第六、七处烧毁。

图2 电抗器上端损坏情况

（2）电抗器损第8包封外侧、靠上端部约

200cm处，从损伤口处可以看到铝线过热融化形成的熔珠等过热损伤痕迹。

图3 电抗器第8包封外侧烧损处

图4 电抗器第8包封外侧烧损情况

三、故障原因分析

3.1、结构调整均衡性差

故障电抗器的结构如图5所示：该型号电抗器从芯到外共分为14个包封，每个包封如图6所示，为三层结构，有内侧绝缘包封、外侧绝缘包封，中间包着铝线，内、外侧绝缘包封由无纬玻璃丝带及环氧树脂胶绕制而成。表1是电抗器每一个包封的股数参数，每一个包封中、线径、股数、匝数等都不一样，致使调整的均衡是相当困难。

表1 电抗器14个包封股线的参数 包线径层股匝股数载面积封 （mm） 数 数 数 （mm2） 1 2.37 6 12 295 52.938 2 3.00 3 6 42.412 3 3.15 3 6 46.759 4 3.35 3 6 52.885 5 3.55 3 6 59.388 6 3.75 3 6 66.268 7 4.00 3 6 75.398 8 4.25 3 6 85.118 9 4.50 3 6 95.426 10 4.50 3 6 95.426 11 4.50 3 6 95.426 12 4.50 3 6 95.426 13 4.50 3 6 95.426 14 4.50 4 8 180 127.235

图5 电抗器结构图

图6 包封结构图

3.2、电流平衡调整困难

对于500kV变电站35kV空芯并联电抗器，并联支路92条，任何一条支路电流不均衡，对于总电密的影响几乎可以忽略，但会造成支路间电流分布的紊乱，造成个别支路过流发热，过流发热损伤匝间绝缘，造成短路。

图7 电抗器包封电流测试记录表 从电抗器包封电流测试记录来看，从编号：QPD824-09-A记录表：第三包封电流正偏差29%，第六包封电流正偏差47%，第七包封电流正偏差60%，第十二包封电流正偏差40%。编号：QPD824C-11-A记录表：第三包封电流正偏差27%，第六包封未测，第七包封正偏差56%，第十二包封正偏差17%。第十二包封两次测量相差23%，也就是说为了消除这多出的23%，需要反向调减23%，一个来回将造成46%的不平衡。

3.3、绝缘材料选用不当

500kV变电站35kV空芯并联电抗器运行温度偏高,所以选择的绝缘材料耐热等级应达到“F级”。电抗器的电流在3500A以上，这样大的电流流过电抗器，即使电抗器的电阻很小(mΩ级)，功率也在千瓦以上，电抗器的损耗越大，运行中产生的热量就越大，在一定的条件下，电抗器的温升也就越高，而温升增高会加速绝缘材料的老化，使其失去绝缘性能，从而引起匝间短路。

从电抗器厂家生产车间了解到，用于电抗器匝间绝缘的绝缘材料标签如下图8所示：“双向拉伸聚酯薄膜”的类别是：“E1级”，所遵循的标准是：“GB/T16958-2008《包装用双向拉伸聚酯薄膜》”及“GB/T 13542.4-2009电气绝缘用薄膜 第4部分：聚酯薄膜”。GB/T

13542.4-2009中第6.3.1条 长期耐热性规定：“TI≥130℃，终点标准：拉伸强度保持起始值的10%”，从《电工绝缘材料手册》中查到：聚酯薄膜耐热等级为E级，最高许用温度 不能超过130℃，而不是F级（155℃）绝缘材料。

图8 电抗器使用匝间绝缘材料标签 3.4、结构设计不合理

从电抗器的结构可以看出，调匝环处于电抗器的上端，在变电站运行时所产生的热量都朝上升，调匝环处于整个电抗器发热的蒸熥位臵，运行温度比较高，绝缘易老化；调匝环也是进线的前几匝，易受到操作电压的冲击，运输过程中也容易受到外力的损伤。

四、防护策略

4.1 招标采购阶段

空芯并联电抗器组特点之一是由多个并联的包封组成，但由于设计和制造工艺上的问题，会造成各包封电流密度不一致，导致运行中部分包封温度高。现在某些厂家为了提高经济效益，过分地提高电流密度，造成热点温升过大是电抗器故障的根本原因。因此，应在电抗器技术协议中明确要求电抗器的运行电压有适当裕度，对厂家提出降低电流密度，提高绝缘耐热等级； 4.2 运行维护方面

（1）变电站运行人员应加强巡视维护工作，将电抗器外绝缘涂层RTV胶的时效和有无龟裂、脱落、起泡现象，绝缘漆有无粉化详细或露出环氧树脂本色发黄、通风通道是否有堵塞列入每日巡视内容，在电抗器投运后密切监视系统电压，确保不超过设备允许的最高运行电压；

（2）加强电抗器运行期间的温度监测，用红外成像测温仪对电抗器绕组引出线，本体，外包封进行监控，利用在线监测技术，对空芯并联电抗器加装红外在线测温装臵，测量电抗器每个包封的实时温度； （3）定期对电抗器进行红外测温，将直流电阻试验及阻抗测量试验加入预试项目，因为并联电抗器由14个包封并联，红外测温只能测量表面温度，包封内部温度情况难以被监测到，通过直流电阻试验可以有效发现电抗器的断股故障，通过阻抗测量试验可以发现匝间短路故障；

（4）对500kV变电站运行超过5年的35kV空芯并联电抗器，开展外绝缘喷涂大修，以提高设备层间和匝间的绝缘水平。

五、结论

通过对500kV变电站35kV空芯并联电抗器故障深入分析，判断出电抗器在设计、制造工艺以及材料选用等方面存在的问题，并根据电网企业运行的实际情况针对具体存在的问题提出相应的维护策略。

参考文献：

[1]GB/T10229-1988.电抗器[S]

[2]GB/T16958-2008. 包装用双向拉伸聚酯薄膜[S]

[3]GB/T 13542.4-2009电气绝缘用薄膜 第4部分：聚酯薄膜.[S]

[4]邰彬.35kV并联电抗器故障分析[J].广东电力，2011，24（2）：97-99

[5]苗俊杰.姜庆礼.500kV变电站35kV干式电抗器故障分析[J].电力电容器与无功补偿，2012，33（2）：65-69

作者简介：冯跃（1982—），男，助理工程师，云南电网公司文山供电局，长期从事变电站修试工作，13658769763，33393011@QQ.com

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/30qw.html