鐵芯多點(diǎn)接地致35 kV并聯(lián)電抗器過熱故障分析

黃祖榮，陳瑋光，王睿宣

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

并聯(lián)電抗器是超高壓電網(wǎng)普遍采用的重要電氣設(shè)備之一。超高壓輸電線路一般距離較長，由于“容升”現(xiàn)象會(huì)使線路末端電壓升高，需使用并聯(lián)電抗器對(duì)線路的容性無功進(jìn)行補(bǔ)償。

目前，500 kV變電站較多采用低壓側(cè)裝設(shè)油浸式并聯(lián)電抗器(簡稱“低抗”)的方案進(jìn)行無功補(bǔ)償。正常運(yùn)行中的低抗鐵芯只允許1點(diǎn)接地，然而鐵芯多點(diǎn)接地故障目前已成為變壓器(包括電抗器)的頻發(fā)故障之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，多點(diǎn)接地故障已占到變壓器總事故的30 %—50 %，嚴(yán)重威脅著低抗及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 低抗故障簡介

某500 kV變電站35 kV 1號(hào)主變2號(hào)低抗于2016-09-27投運(yùn)。投運(yùn)后，油色譜分析發(fā)現(xiàn)總烴數(shù)據(jù)增長較快，主要成分為甲烷，未出現(xiàn)乙炔。同年10月8日對(duì)電抗器進(jìn)行油色譜分析，發(fā)現(xiàn)2號(hào)絕緣油中總烴增長到83.7 μL/L，于是加強(qiáng)了對(duì)該電抗器的油色譜監(jiān)測。電抗器油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)油色譜試驗(yàn)結(jié)果可知，總烴呈現(xiàn)加速增長趨勢，10月8—12日總烴絕對(duì)產(chǎn)氣率達(dá)到179.25 mL/d，嚴(yán)重超過 12 mL/d 的注意值。利用10月12日數(shù)據(jù)進(jìn)行三比值法分析編碼組合為：0-2-0，判斷低抗出現(xiàn)內(nèi)部低溫過熱故障。

該低抗于10月12日下午轉(zhuǎn)為熱備用，10月15日退出運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行診斷性電氣試驗(yàn)檢查。發(fā)現(xiàn)鐵芯和夾件間絕緣電阻為0，相關(guān)測量結(jié)果如表2所示。從測量結(jié)果可以看出，鐵芯和夾件對(duì)地絕緣良好，但鐵芯和夾件之間發(fā)生短路。由于該低抗鐵芯和夾件分別從本體引出接入地網(wǎng)，將鐵芯和夾件接地點(diǎn)拆開后兩者之間不應(yīng)再有連接點(diǎn)，因此初步判斷為低抗內(nèi)部鐵芯和夾件發(fā)生短路，導(dǎo)致鐵芯運(yùn)行中發(fā)生多點(diǎn)接地。

表1 電抗器油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù) μL/L

表2 鐵芯和夾件對(duì)地、鐵芯對(duì)夾件絕緣電阻 MΩ

2 鐵芯多點(diǎn)接地分析

變壓器或電抗器鐵芯必須接地，否則會(huì)產(chǎn)生寄生電位，如圖1所示。高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地(電抗器油箱)之間都存在著寄生電容，帶電繞組通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位。當(dāng)不同金屬構(gòu)件之間的懸浮電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，即產(chǎn)生火花放電，損壞固體絕緣，導(dǎo)致事故發(fā)生。因此需將鐵芯直接接地，使鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，鐵芯處于零電位。

圖1 寄生電容分布

需要說明的是，在額定激磁電壓下，鐵芯片間存在一定的電位差，如圖2所示，當(dāng)鐵芯2點(diǎn)接地時(shí)，相當(dāng)于2個(gè)鐵芯片間通過接地點(diǎn)短路。顯然，鐵芯2個(gè)接地點(diǎn)間就會(huì)形成閉合回路，造成環(huán)流;環(huán)流有時(shí)可高達(dá)數(shù)十安。該電流會(huì)引起局部過熱，導(dǎo)致油分解，產(chǎn)生可燃性氣體，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導(dǎo)致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電。因此，鐵芯只能1點(diǎn)接地。

圖2 鐵芯2點(diǎn)接地

故障低抗鐵芯和夾件分別從本體引出接地，而鐵芯與夾件在電抗器內(nèi)部發(fā)生短路必然導(dǎo)致鐵芯通過夾件接入地網(wǎng)，運(yùn)行中的鐵芯2個(gè)接地點(diǎn)間形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流，從而引起低抗內(nèi)部過熱，導(dǎo)致油分解后總烴快速增長。

3 故障低抗解體分析

對(duì)故障低抗進(jìn)行返廠解體檢查，吊起電抗器油箱箱蓋后，油箱內(nèi)有焦糊味，從圖3可以看出，上鐵軛上表面附著少量游離碳及金屬顆粒。

圖3 上鐵軛上表面附著少量游離碳及金屬顆粒

吊出電抗器器身后，發(fā)現(xiàn)上鐵軛下表面三相均存在大面積燒蝕、碳化痕跡，如圖4所示。

圖4 上鐵軛下表面燒蝕、碳化痕跡

打開夾件夾盤后，發(fā)現(xiàn)三相芯柱均存在較多金屬顆粒，其中B相芯柱金屬顆粒較多、較大，形似螺紋螺牙掉落(見圖5)。

為進(jìn)一步檢查電抗器的故障程度，分步驟將電抗器上部壓架拆除，并隨時(shí)檢測鐵芯壓緊螺桿對(duì)上鐵軛絕緣電阻的變化。拆壓架前，測得壓緊螺桿對(duì)上鐵軛絕緣電阻值為0，說明其間存在短路。拆除A相壓架后，壓緊螺桿對(duì)上鐵軛絕緣電阻依然為0；但拆除B相壓架后，壓緊螺桿對(duì)鐵軛絕緣電阻為11 000 MΩ，絕緣恢復(fù)良好，充分說明壓緊螺桿對(duì)上鐵軛形成不穩(wěn)定導(dǎo)通回路，使其絕緣阻值隨著拆除壓緊裝置的過程而變化。

圖5 三相芯柱金屬顆粒

拆除夾件后，將電抗器上鐵軛吊起，發(fā)現(xiàn)三相芯柱上端鐵餅和鐵軛間的絕緣紙氣隙墊板出現(xiàn)燒毀、碳化現(xiàn)象，如圖6和圖7所示?？拷翔F軛部位燒損嚴(yán)重，說明過熱源來自上鐵軛。

圖6 上鐵軛下表面絕緣紙氣隙墊板燒毀、碳化情況

圖7 三相芯柱上端絕緣紙氣隙墊板燒損情況

觀察上鐵軛發(fā)現(xiàn)，上鐵軛三相芯柱孔洞內(nèi)存在大量金屬顆粒物。金屬顆粒物產(chǎn)生的可能原因如下：

(1) 電抗器各部件安裝時(shí)清潔工作不到位；

(2) 夾件拉桿材料選擇不合理，螺紋脫落產(chǎn)生金屬顆粒。

綜合分析電抗器解體情況和電氣試驗(yàn)檢查結(jié)果可知，電抗器內(nèi)存在大量金屬顆粒物，在運(yùn)行過程中，這些金屬顆粒物在電磁場和振動(dòng)作用下發(fā)生位移，造成上鐵軛鐵芯與夾件中心壓緊螺桿短接，使鐵芯與夾件之間絕緣電阻為0，上鐵軛鐵芯2點(diǎn)接地，形成環(huán)流，導(dǎo)致上鐵軛出現(xiàn)局部過熱。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，上鐵軛中部端面發(fā)生局部過熱的范圍擴(kuò)大，進(jìn)而燒壞上鐵軛和鐵餅之間的氣隙絕緣墊板，使電抗器中的絕緣油色譜總烴增長明顯。油色譜分析中未檢測出乙炔，說明沒有電弧性放電。

4 處理措施

(1) 更換上鐵軛與壓板，使用變壓器油沖洗鐵芯與線圈，更換受損絕緣件，并重新裝配。

(2) 重點(diǎn)檢查裝配后的鐵芯接地系統(tǒng)，消除鐵芯環(huán)流。

(3) 對(duì)組裝完成的產(chǎn)品再進(jìn)行出廠試驗(yàn)和溫升試驗(yàn)，并在試驗(yàn)前后進(jìn)行油色譜分析，以徹底排除產(chǎn)品的故障隱患。

(4) 在出廠和交接試驗(yàn)中，需加入鐵芯及夾件間的絕緣電阻測量項(xiàng)目。

5 結(jié)束語

針對(duì)一起35 kV低壓并聯(lián)電抗器鐵芯多點(diǎn)接地故障，通過對(duì)低抗進(jìn)行油中溶解氣體分析、電氣試驗(yàn)及解體檢查，分析了低抗故障具體原因，并提出了處理措施。根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)此類問題給出2點(diǎn)建議：

（1）在電抗器生產(chǎn)中，需加強(qiáng)對(duì)鐵芯剪切、疊裝、組裝、檢驗(yàn)等流程的質(zhì)量管控，杜絕此類故障的發(fā)生；

（2）綜合分析油化、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷故障類型及位置，可顯著提高解體檢查的效率。