一起10kV電抗器故障分析及防范措施

吳梓穎

摘要：本文主要針對(duì) 110kV 大 x 壩站 10kV#1 電抗器組 A 相本體的燒毀故障展開分析，并總結(jié)得出故障的原因，并提出解 決相關(guān)故障的建議與對(duì)策。

關(guān)鍵詞：故障;絕緣;措施 引言：

隨著 10kV 電抗器組的普遍運(yùn)用，供電的質(zhì)量得到了明顯的改善，可是在實(shí)際的運(yùn)用過程仍舊存在很多問題，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致設(shè)備的燒毀，對(duì)安全生產(chǎn)運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅。

1 故障情況概述

2017 年 11 月 9 日，110kV 大 X 壩站 10kV#1 電抗器組 A 相電抗器本體出現(xiàn)電流放電聲，A 相電抗器主體著火，火焰很 大。幾分鐘后 10kV#1 電抗器 R01 開關(guān)過流 II 段動(dòng)作跳閘，逐漸 A 相電抗器本體火焰熄滅，冒出大量的黑煙。故障發(fā)生后相關(guān)人員馬上到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，通過檢查發(fā)現(xiàn) A 相電抗器地面上有大量的黑炭灰，A 相電抗器底部呈黑色焦糊狀，頂部最內(nèi)側(cè)線圈包封有一位置被擊穿，擊穿點(diǎn)周圍的絕緣材料經(jīng)過高溫燃燒出現(xiàn)絕緣層脫落及流膠現(xiàn)象，內(nèi)側(cè)面大部分已被熏黑，有 些包封受到高溫燃燒后滴落的絕緣材料燙傷從而裸露出了玻璃纖維帶。

電抗器出廠日期為 2011 年 1 月，事故發(fā)生當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件：天氣晴朗

2 試驗(yàn)分析與檢查

#1 電抗器 A 相本體地面上的黑炭灰懷疑是本體環(huán)氧樹脂燃燒滴落造成的，然后通過檢查，發(fā)現(xiàn)最里面的線圈包封頂 部有一位置已被擊穿破壞，并且擊穿點(diǎn)周圍的絕緣已經(jīng)被高溫?zé)龤А９收宵c(diǎn)附近的幾層線圈包封和下端支柱附近的線圈包封都在高溫下變黑，一些在高溫作用下涂層絕緣材料溶解，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂脫落并露出玻璃纖維帶，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狀況判斷這是電抗器匝間短路引起的故障。

對(duì)#1 電抗器進(jìn)行繞組的直流電阻測(cè)試，對(duì)比了三相繞組的直流電阻數(shù)據(jù)與出廠值及上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)直流電阻超標(biāo)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表? 1、表 2、表 3 所示。

根據(jù)“中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程 （2017-06-01發(fā)布）”的6.2.2.1? 干式空心電抗器 繞組直流電阻 要求“與出廠值比較偏差不大于 1%”， 2016年預(yù)試的直流電阻數(shù)據(jù)符合規(guī)程的要求，并未超過規(guī)程的1%， 三相A，B和C與出廠值之間的差異分別為-0.98%、-0.19%和-0.35%。2017年發(fā)生故障后試驗(yàn)的數(shù)據(jù)A相與出廠值相比增加了27.7%，B相和C相對(duì)出廠值對(duì)比分別增加了3.16%和3.7%，這超過2017年新頒布規(guī)程中的干式空心電抗器的直流電阻與出廠值的偏差不大于1%的規(guī)定。A相電抗器設(shè)備具有斷開的開路現(xiàn)象，B、C相不排除磁干擾、環(huán)境溫度干擾導(dǎo)致電阻值增加。

空心電抗器是以空氣加環(huán)氧樹脂為復(fù)合絕緣的繞包式多支路并聯(lián)為主，10kV#1電抗器采用環(huán)氧樹脂立式纏繞技術(shù)繞制線圈，高溫固化成形的技術(shù)，繞組采用多包封、多層、小截面導(dǎo)線的多并聯(lián)支路結(jié)構(gòu)，其繞組包封采用環(huán)氧樹脂玻璃纖維材料增強(qiáng)繞包，端部用高強(qiáng)度鋁合金星形架夾持、環(huán)氧玻璃纖維帶拉緊結(jié)構(gòu)，使電抗器線圈成為剛性整體。以支柱絕緣子和非磁性金屬底座支撐線圈完成安裝。

3 故障原因分析

3.1 原因查找

產(chǎn)品本身具有毛刺和絕緣損壞等固有缺陷，絕緣很快就會(huì)老化并在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)失效，導(dǎo)致產(chǎn)品轉(zhuǎn)彎和層之間出現(xiàn)短路，產(chǎn)品也會(huì)燃燒，這通常發(fā)生在1年內(nèi)發(fā)貨的產(chǎn)品中。

每次合、分閘時(shí)，產(chǎn)品都會(huì)受到電壓沖擊，這會(huì)對(duì)產(chǎn)品的絕緣造成一定的損害，特別是在產(chǎn)品絕緣的薄弱部分，在累積效應(yīng)的情況下，這些地方的絕緣將被損壞并失效，這導(dǎo)致產(chǎn)品短路和燃燒，這通常發(fā)生在已經(jīng)運(yùn)行多年的產(chǎn)品中。

產(chǎn)品的過載操作包括產(chǎn)品負(fù)荷運(yùn)行或流過繞組的電流有較多的諧波成分，導(dǎo)致產(chǎn)品嚴(yán)重升溫，絕緣加速老化，導(dǎo)致產(chǎn)品燃燒，從產(chǎn)品型號(hào)的選擇來(lái)看，12%電抗非常接近三次諧波的低阻抗通道，很容易在系統(tǒng)中形成三次諧波濾波通道，導(dǎo)致產(chǎn)品過載和嚴(yán)重發(fā)熱。

3.2? 原因分析

鑒于#1 電抗器的運(yùn)行情況結(jié)合故障分析，認(rèn)為室外空心電抗器在多次投切冷熱沖擊，過電壓，惡劣天氣影響以及冷縮熱脹等原因都會(huì)引起的絕緣老化開裂，存在潛在缺陷，特別#1電抗器組是無(wú)防雨帽的產(chǎn)品，在戶外環(huán)境雨水、導(dǎo)電粉塵等影響下，外面的絕緣涂料PRTV、環(huán)氧樹脂會(huì)逐年老化，空心電抗器線圈表面開裂出現(xiàn)縫隙，就有雨水進(jìn)入，出現(xiàn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)中匝間放電，經(jīng)過持續(xù)放電不斷積累，導(dǎo)致電抗器最終以擊穿或燒毀等方式結(jié)束壽命。由于此次擊穿位置在內(nèi)壁頂部位置，平時(shí)巡視檢查難以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)道內(nèi)部更加難以觀察，必須要用專業(yè)內(nèi)窺鏡才能看到風(fēng)道內(nèi)部情況，而且電抗器是由一層層的線圈包封構(gòu)成，一次紅外測(cè)溫手段，也難以發(fā)現(xiàn)最里面幾層的某部位發(fā)熱情況。這次故障初步懷疑是由于最里面這層線圈包封靠風(fēng)道這一面的絕緣層在粉塵雨水作用下老化，靠頂端部出現(xiàn)裂縫，形成“水樹”產(chǎn)生樹狀性放電。由于空心電抗器是多包封多支路并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且每個(gè)包封內(nèi)的每一層線往往都是2～3 線并聯(lián)，甚至更多根線并聯(lián)而成的，當(dāng)并聯(lián)的導(dǎo)線內(nèi)部發(fā)生短路，并聯(lián)導(dǎo)線間電位相同，運(yùn)行無(wú)影響，當(dāng)并聯(lián)的導(dǎo)線內(nèi)部發(fā)生不同匝間短路，由于兩個(gè)匝間電位不相同，產(chǎn)生環(huán)流，空心線圈出現(xiàn)局部發(fā)熱，長(zhǎng)期運(yùn)行下去，絕緣破壞的程度逐漸變深，匝間放電短路的范圍也將擴(kuò)大，當(dāng)擴(kuò)大到相鄰3 匝間以上出現(xiàn)放電短路的情況時(shí)，就類似變壓器繞組中出現(xiàn)了短路環(huán)，該短路環(huán)將嚴(yán)重發(fā)熱，最終導(dǎo)致內(nèi)壁被擊穿，燒毀電抗器。

4 防范措施

鑒于戶外環(huán)境雨水是電抗器故障的主要誘因，解決防雨問題也是空心電抗器提高可靠性的主要考慮，建議同類產(chǎn)品無(wú)防雨帽的加裝新型的電抗器防雨帽。風(fēng)道內(nèi)的情況難以觀察的，平時(shí)停電維修應(yīng)使用強(qiáng)光電筒及內(nèi)窺鏡檢查，對(duì)于有防護(hù)涂層脫落的，線圈表面出現(xiàn)裂紋的，應(yīng)檢查包封內(nèi)是否存在放電發(fā)熱現(xiàn)象，有進(jìn)水受潮的或有灰塵青苔的等異物，應(yīng)清潔后封堵及采取絕緣增強(qiáng)措施。運(yùn)行一定年限的產(chǎn)品建議能夠邀請(qǐng)到廠家來(lái)進(jìn)行性能檢測(cè)以及進(jìn)行絕緣增強(qiáng)。B、C相存在數(shù)值增大，建議結(jié)合其他方法查明，不合格的給予更換。對(duì)運(yùn)行的干式空心電抗器進(jìn)行紅外測(cè)試，對(duì)溫度出現(xiàn)異常的電抗器應(yīng)停電進(jìn)行診斷性試驗(yàn)分析。

結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)電抗器進(jìn)行有效的維護(hù)十分有必要，在對(duì)其進(jìn)行維護(hù)時(shí)，需要對(duì)其出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性的解決方法，相關(guān)單位需要積極做好事故防范措施，做到防患于未然，這對(duì)于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用，能夠使人們的用電質(zhì)量得到保證。

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