一起35 kV干式電抗器故障原因分析

■ 河北省電力公司超高壓輸變電分公司 付煒平 趙京武 霍春燕

0 引言

干式空心電抗器具有損耗小、噪音低、維護簡單、電抗值線性度好、設(shè)計壽命長等優(yōu)點，在電網(wǎng)中應(yīng)用越來越廣泛，因此，筆者單位35 kV電容器組用串聯(lián)電抗器全部采用此類設(shè)備。

干式空心電抗器由于屬免維護類設(shè)備，加之受檢測手段限制，常規(guī)的檢修、試驗中一般無法發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，所以在日常維護中未引起專業(yè)人員的足夠重視。筆者公司2003年、2009年先后發(fā)生了2起35 kV干式空心電抗器運行期間起火事故，設(shè)備中隱藏缺陷給設(shè)備安全運行帶來了巨大隱患，也給此類設(shè)備的日常維護與檢測(監(jiān)測)工作帶來了新的問題。2009年，某500 kV變電站3815間隔串聯(lián)電抗器起火后，引起了各方面的高度重視，筆者通過參與對設(shè)備進行解體、試驗、綜合分析后，最終找到了設(shè)備事故的原因[1-5]。

1 電抗器故障簡述

2009年4月10日7時02分，某500 kV變電站3815間隔電容器組投入后經(jīng)過約14 s，過流I段保護動作跳閘?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)電容器組串抗B相電抗器起火、燒損嚴(yán)重，同時A、C相也有不同程度的燒損痕跡。

電容器組串抗型號：CKK-1603/35-12，前置，三相疊裝(由上至下依次為A、B、C相)，產(chǎn)品出廠日期為1996年4月，1997年8月投運，電抗率為12%，運行容量為4800 kvar(三相)。3815回路A、C相裝設(shè)電流互感器(TA)。

值班員使用干粉滅火器滅火后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)3815串抗B相電抗器燒損嚴(yán)重，最內(nèi)層包封完全燒毀，繞組脫落，C相電抗器最內(nèi)層包封也有嚴(yán)重?zé)齻圹E，A相電抗器最外層包封有熏黑痕跡，B、C相間1個支柱絕緣子有嚴(yán)重放電閃絡(luò)痕跡。如圖l～2所示。

圖l B相最內(nèi)層包封嚴(yán)重?zé)龤?/p>

圖2 C相最內(nèi)層包封嚴(yán)重?zé)齻圹E

通過現(xiàn)場檢查及對二次保護信息的分析，可基本確定，造成本次故障的直接原因是串抗B相電抗器最內(nèi)層包封的繞組內(nèi)部匝間短路。

2003年8月25日，3816電容器組串抗A相電抗器(同廠家、同型號、同批次)也曾因匝間短路發(fā)生過著火故障(當(dāng)時已對串抗三相電抗器均進行了更換)。那么，該批次產(chǎn)品為什么會連續(xù)出現(xiàn)2次匝間短路，廠家的原材料、制造工藝等方面是否存在某些問題，需待故障電抗器返廠解體后進一步分析確定。

2 故障設(shè)備返廠解體情況

公司派專業(yè)人員赴廠家對故障電抗器進行了解體分析(由于著火的B相電抗器已燒毀，無法解體，廠家已內(nèi)部處理，因此，在廠內(nèi)僅對A、c相電抗器進行了解體工作)。

干式空心電抗器結(jié)構(gòu)：干式空心電抗器線圈采用多個包封層線圈并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個包封層線圈由多根鋁導(dǎo)線并聯(lián)繞制而成，每個線圈并聯(lián)導(dǎo)線的數(shù)量和鋁線的截面積由該包封層的電流密度確定，保證各包封層發(fā)熱均勻，各包封層由玻璃纖維經(jīng)環(huán)氧樹脂浸漬纏繞而成，包封繞組間通過絕緣撐條固定；線圈上下部裝設(shè)星形架以支撐和電氣連接各包封導(dǎo)線；經(jīng)一定溫度固化后形成1個完整的整體。戶外產(chǎn)品在外表噴涂RTV和抗絕緣老化、抗紫外線的絕緣漆。一般在并聯(lián)電抗器和大容量的串聯(lián)電抗器上部還要加裝防雨帽和通風(fēng)孔格柵，并在電抗器最外層裝設(shè)1個沒有線圈的防雨假層，從而防止雨水淋在電抗器上，本次故障的電抗器由于容量較小沒有防雨帽。

由于從外觀上看，A相電抗器最外層包封和C相電抗器最內(nèi)層包封有明顯的燒損痕跡，故首先對A相電抗器最外層包封和C相電抗器最內(nèi)層包封進行了解體。

將A相電抗器最外層包封解體后，檢查發(fā)現(xiàn)部分導(dǎo)線燒黑，而未燒損處導(dǎo)線均排列比較緊密，未發(fā)生散落情況，導(dǎo)線外面包裹的聚酯膜絕緣層韌性較好，未見明顯老化，如圖3所示。

為進一步確定導(dǎo)線聚酯膜絕緣層是否發(fā)生老化，從本層中取2段并列導(dǎo)線按出廠試驗要求分別進行了導(dǎo)線匝間3 kV、1 min的耐壓試驗，結(jié)果均通過了試驗，未發(fā)生擊穿；因此，可以確定A相電抗器最外層包封導(dǎo)線匝間絕緣完好，判斷其部分導(dǎo)線燒損是受B相電抗器著火后火焰的影響。

檢查發(fā)現(xiàn)C相電抗器最內(nèi)層包封表面存在大小不同的10余處裂紋，將C相電抗器最內(nèi)層包封解體后，檢查發(fā)現(xiàn)未燒損處很多導(dǎo)線比較松散，其外面包裹的聚酯膜絕緣層很脆，呈粉狀，無彈性，輕輕一碰就會碎裂，可見老化十分嚴(yán)重，如圖4～5所示。

取l段排列較為緊密的并列導(dǎo)線按出廠試驗要求，分別進行了導(dǎo)線匝間3 kV、1 min的耐壓試驗，結(jié)果升壓至2.57 kV，導(dǎo)線問絕緣即被擊穿；因此，可以確定，C相電抗器最內(nèi)層包封導(dǎo)線匝問絕緣已嚴(yán)重劣化。

根據(jù)解體檢查情況分析，最內(nèi)層包封匝間絕緣明顯比其他層劣化嚴(yán)重。因此，在電容器投入時電壓作用下，B相電抗器最內(nèi)層包封內(nèi)部發(fā)生匝間短路、過熱著火，從而引發(fā)兩相乃至三相短路是本次故障發(fā)生的主要原因(這也與現(xiàn)場檢查及分析情況相符合)。

圖3 B相最內(nèi)層包封嚴(yán)重?zé)龤?/p>

圖4 C相電抗器最內(nèi)層包封表面存在裂紋

圖5 未燒損處導(dǎo)線松散，絕緣層很脆

3 導(dǎo)線絕緣劣化原因分析

那么，為什么會出現(xiàn)匝間絕緣劣化，而且最內(nèi)層包封匝間絕緣明顯比其他層劣化嚴(yán)重呢?

經(jīng)過對廠家早期使用原材料及生產(chǎn)工藝的了解，認(rèn)為該問題的產(chǎn)生原因為：

（1）最內(nèi)層包封沒有撐條固定(而其他層均有撐條固定)，長時間運行(近12年)后，熱脹冷縮作用下環(huán)氧樹脂層容易變形產(chǎn)生裂紋，水分從裂紋直接進人包封內(nèi)部。

（2）早期制造技術(shù)中線匝之間、導(dǎo)線層與內(nèi)包封纖維層之間均有一定的間隙，為潮氣和雨水留出了通道和駐留空間，使導(dǎo)線外面包裹的薄膜直接接觸潮氣和雨水。

（3）導(dǎo)線外面包裹的為3層聚酯膜，而聚酯膜在高溫作用下較易產(chǎn)生水解，長時間運行后絕緣劣化嚴(yán)重，導(dǎo)致導(dǎo)線匝間絕緣嚴(yán)重降低。據(jù)了解，該廠家已意識到這些問題的存在，并相繼采取了一系列改進措施。

4 結(jié)論

針對某站干式空心電抗器起火后對設(shè)備的檢查情況及事故原因分析，建議運行單位在日常維護干式空心電抗器中應(yīng)注意以下幾點：

（1）加強設(shè)備巡視，檢查電抗器包封撐條是否脫落、電抗器外絕緣、瓷瓶有無明顯的放電現(xiàn)象、有無異響等。及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中存在的問題，并及時處理，避免發(fā)生其他惡性事故。

（2）運行維護單位在干式空心電抗器停電檢修期間除按照規(guī)程規(guī)定進行試驗外，還應(yīng)進行全面檢查，檢查的重點是最外層和最內(nèi)層包封表面的開裂情況。必要時可采用內(nèi)窺鏡檢查各個包封層表面的開裂情況以及是否存在鼓包和樹枝狀爬電現(xiàn)象。對運行時間較長且包封表面開裂嚴(yán)重的，建議逐步進行更換；對包封表面輕微開裂的，建議進行噴涂RTV涂料處理，以延緩包封開裂后水份進入繞組內(nèi)部對導(dǎo)線絕緣層侵蝕的速度。

（3）加強干式電抗器的運行巡視和紅外測溫工作。干式電抗器投切后，應(yīng)注意檢查相關(guān)設(shè)備潮流及系統(tǒng)電壓是否正常，與之連接的避雷器是否動作等，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時處理；按期開展干式電抗器紅外測溫工作，高溫、大負(fù)荷情況下應(yīng)適當(dāng)增加測溫次數(shù)，測試結(jié)果應(yīng)注意與歷史溫升、相間溫升比較。

（4）由于采用三相疊裝方式的串(限)抗在出現(xiàn)故障后極易發(fā)展為相間短路，這時如串(限)抗為前置，就相當(dāng)于造成主變低壓側(cè)出口短路。為避免或降低因主變低壓側(cè)出口短路造成主變損壞的幾率，建議以后基建工程中當(dāng)串(限)抗前置時，不要采用三相疊裝方式。

（5）通過事故電抗器的返廠解體檢查，發(fā)現(xiàn)最內(nèi)層包封匝間絕緣層劣化最為嚴(yán)重，且呈現(xiàn)由內(nèi)向外逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢，建議生產(chǎn)廠家在以后生產(chǎn)干式空心電抗器時，在最內(nèi)層加裝假包封，使最內(nèi)層繞組包封也有撐條固定，延緩最內(nèi)次繞組包封變形劣化速度。

[1]陳京晶,張輝.一起干式半芯電抗器燒毀事故分析[J].湖北電力,2009(2):25-26.

[2]李小偉.電容器組串聯(lián)電抗器燒毀的原因分析與建議[J].廣西電力,2009(1):62-64.

[3]黃衍臻,陳小明.一起特殊的干式電抗器故障分析[J].電工技術(shù),2008(10):12-13.

[4]何東平,孫白.35 kV并聯(lián)電抗器故障情況分析[J].華北電力技術(shù),2003(4):48-51.

[5]王瑞科,郭香福.干式空心電抗器匝間絕緣故障對總體特性的影響及檢測方法[J].變壓器,2000(9):32-35.