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干式空心电抗器损坏原因分析及防治措施

发布时间:2020-8-18

近年来干式空心电抗器损坏频繁,从损坏发生时间段上分析,多为运行时间不长的设备。研究人员结合多起干式空心电抗损坏案例,对损坏的现象及原因进行了分析,提出了措施。


干式电抗器在电网中使用较普遍。空心电抗优点是不会产生磁饱和问题,缺点是在运行中设备周围的磁场比较强、周围金属易产生涡流和形成环流及产生电磁干扰、占用空间较大等,适合室外使用。


近年来,干式电抗器在使用中损坏较多,也多见报道。本文将结合多起干式空心并联电抗器损坏实例,对损坏的原因进行分析,并提出了防范措施。


1 案例


案例1


某500kV变电站某日下午15点左右,变电站值班员在巡视中发现35kV 1号主变2号电抗器B相基座上熔有银白色金属,防雨罩下表面有烧黑痕迹。此时电抗器还在运行中,查看电流、电压等情况,无明显异常。


值班员立即报告调度,经许可后将该电抗器转为冷备用状态。经检查为电抗上部调匝环烧毁,经返厂后修复。该设备为新投设备,投运时间1年左右。该电抗容量为20000kvar,额定电压34.5kV。


案例2


某500kV变电站某日,35kV 1-2L低压电抗器过流Ⅱ段保护动作跳开35kV 1-2L低压电抗器断路器。录波图显示,故障后870ms过流II段动作三相跳闸。


35kV 1-2L低压电抗器A相上部防雨罩有烟熏痕迹,第1与第2包封间一气道的引拔棒掉落地上;A相电抗器下部靠内侧第1、第2包封间局部有过火较重,第3、第4包封端部局部过火,损伤较轻。


观察燃烧严重的气道内部,发现该气道内第1包封与第2包封表面已经烧黑,其中第1包封表面向第2包封方向鼓出,鼓出位置约为第1包封轴向的中部位置;疑似第1包封中部位置存在故障。经解体后发现第1包封中部存在匝间放电断线情况。


该组设备自投运至损坏运行时间共2个月,投运以来该组电抗最大运行电压为38.23kV。


案例3


某500kV变电站3月1日00:12:54,35kV3号低压电抗器II段过流动作(时限0.5s),该组干抗断路器跳闸。避雷器未动作。该电抗器仅投运几天即发生损坏。该电抗额定电压为34.5/kV,容量为20000kvar。


案例 4


在连续发生多起电抗器损坏后,对运行中的干式空心电抗进行了检查。检查中发现3起干式电抗器包封引出线外部断线。外部断线的电抗在运行中尚未发生任何异常,之后对断线进行了补焊修复。


2 原因分析


干式空心电抗器的损坏原因主要有局部温升过高、匝间绝缘击穿等。这些原因最终引起匝间短路形成闭合回路,在电磁感应作用下产生很大的环流,使铝线温度迅速升高并熔化(形成较大的熔洞或局部导线熔化)。若故障点在包封中,则会迅速产生火焰并向气道两侧喷出,致使缺陷扩大使电抗器烧损。


材料质量及工艺控制原因


电抗器设计时,尽可能使导线与绝缘材料膨胀系数相近,避免产生绝缘开裂。通常选用铝线而不选用铜线,是因为铜线膨胀系数与绝缘材料的相差较大,易开裂。空心电抗器采用铝线进行绕制,铝线可能存在起皮、夹渣、毛刺等缺陷,或在绕制过程中引起铝线损伤;这些有可能引起运行中导线断线、放电损伤匝间绝缘。


目前空心电抗绕制基本采用湿法绕制,即电磁线及玻璃纤维等绝缘填充材料经过未凝胶固化的环氧树脂浸润后一起绕制,完成后置入高温烘炉进行固化。这种方法对环境的温度、湿度要求较高,绕制中控制不严容易吸潮及带入杂质。


若铝线焊接质量不良,可引起包封局部温度过高或断线等。


设计裕度


因匝间绝缘强度足以承受2倍的过电压,因此电抗器投切过程中产生的过电压不是故障的原因。


运行中会存在电抗器在高于额定运行电压下运行的情况(此电压低于最高系统运行电压),此时若设计时导线的电流密度选的过大,将会使电抗器各包封温升升高,引起整体发热;若存在异常热点,将可能导致匝间绝缘损坏直至电抗器损坏。因此,制造厂应合理选择设计裕度,避免在系统电压较高下包封出现异常温升而损伤绝缘情况发生。


断线的原因


断线的部位主要有包封外部引出线断线与包封内部断线。包封外部断线的原因主要有运输、安装过程中导线被碰损或导线焊接质量不良引起。包封内部断线的原因可能为导线夹渣、起皮,在运行中局部过热而熔断;或导线匝间绝缘不良,在运行中匝间放电而使导线受损直至断线。


电抗器为多根导线并绕结构,断线后电抗器各包封导线中的电流将重新分配。根据制造厂的计算结果,断线1根导线后,剩余导线中某根导线电流值将变为正常时的1.2倍,因发热量与电流的平方成正比,则发热量变为原来的1.44倍;可见,断线后个别包封将出现温升异常升高。包封温升异常升高后,将使匝间绝缘迅速劣化,引发电抗损坏。


3 结论


1)从制造厂角度考虑,电抗器制造过程中应加强工艺控制,避免导线夹渣、毛刺、焊接质量不良等发生,合理设计电抗器温升水平,从根本上杜绝电抗器损坏发生。


2)在运输及安装过程中,应特别关注各包封引出线及调匝环(若有),避免误碰引起导线或绝缘损伤。


3)由于干式空心电抗器为免维护设备,预防性试验规程中对干式电抗器的试验项目为:阻抗测量(必要时)、红外测温(1年或必要时)。目前,已要求定期开展干抗红外测温,但仅能测试到干抗外部包封温度,很难发现干抗内部包封的温度异常情况。


4)目前,已要求定期开展直流电阻测试,判断依据主要根据所测电阻值与出厂值的偏差推算并联导线中是否存在断线及断线的根数。结合制造厂的计算, 通常导线断线1根直流电阻偏差接近1%;并结合纵向、横向比较进行判断,以提高判断的准确性。实践证明,可有效发现断线情况。


另外,在维护中需要加强电抗器外部引线断线的检查,发现断线时应及时补焊;并且还需要积极寻找其他更有效的电抗状态检测手段。


本文编自《电气技术》,原文标题为“干式空心并联电抗器多起损坏原因分析”,作者为王耀龙。


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干式空心电抗器损坏原因分析及防治措施

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