磁場(chǎng)干擾對(duì)空心電抗器直流電阻測(cè)量的影響及應(yīng)對(duì)策略

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 張 慶 白添凱 楊 敏 楊 超 周 帆

空心電抗器的燒毀，絕大多數(shù)都是由于其匝間絕緣薄弱、三相不平衡等原因造成的，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)匝間短路、三相不平衡等問(wèn)題，每年都對(duì)35kV 空心電抗器進(jìn)行直流電阻測(cè)量，進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，判斷電抗器是否有明顯故障存在，是否有逐漸惡化的情況。500kV 變電站一般配備有4組并聯(lián)電抗器組，而且同一段35kV 母線(xiàn)上的電抗器組空間布置上離得比較近，因此運(yùn)行中的相鄰電抗器組對(duì)停電的電抗器組直流電阻測(cè)量產(chǎn)生了很大的影響[1-3]。

1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量現(xiàn)狀

變電站投運(yùn)以后，進(jìn)行設(shè)備的試驗(yàn)需按照嚴(yán)格的停電計(jì)劃進(jìn)行，因此同一母線(xiàn)上的兩組電抗器一組處于運(yùn)行狀態(tài)、一組停電進(jìn)行測(cè)量。在多次的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在相鄰電抗器帶電運(yùn)行狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x器一直提示正在充電，無(wú)法測(cè)量出數(shù)據(jù)，無(wú)論選用5A 還是10A 的直阻儀測(cè)量都出現(xiàn)這樣的結(jié)果，有時(shí)甚至出現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)備一直發(fā)出放電蜂鳴聲的情況[4-7]。還有一種現(xiàn)象如圖1所示，在測(cè)量A、B 相時(shí)測(cè)量數(shù)值正常，但是測(cè)量C 相時(shí)測(cè)量不出數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)很小，與真實(shí)值相差數(shù)事倍；或者B、C 相都是這樣，只有A 相數(shù)據(jù)能夠測(cè)量出來(lái)。申請(qǐng)將相鄰電抗器組變?yōu)闊醾溆脿顟B(tài)后這種情況消失，能夠順利測(cè)量出電抗器的真實(shí)直流電阻值[8]。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量狀況

2 原因分析

由于空心電抗器結(jié)構(gòu)特殊、沒(méi)有鐵芯，運(yùn)行的電抗器產(chǎn)生的磁場(chǎng)全部分布在空氣中，導(dǎo)致電抗器周?chē)a(chǎn)生很強(qiáng)烈的變化的磁場(chǎng)，這些變化的磁場(chǎng)在相鄰電抗器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器造成一定的干擾。電抗器中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓比測(cè)量?jī)x器輸出的電壓還高，對(duì)設(shè)備進(jìn)行反向充電，儀器內(nèi)的保護(hù)模塊生效，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法測(cè)量[9]。

利用棱邊有限元和節(jié)點(diǎn)有限元的混合有限元方法對(duì)空心電抗器周?chē)拇艌?chǎng)進(jìn)行求解[1]，利用Ansoft Maxwell 軟件進(jìn)行仿真，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)品字形排列的電抗器可得到如圖2所示的磁感應(yīng)用強(qiáng)度分布云圖，顏色越淺磁感應(yīng)強(qiáng)度越強(qiáng)?？梢园l(fā)現(xiàn)，對(duì)于品字形排列的電抗器來(lái)說(shuō)，品字形排列的中心場(chǎng)強(qiáng)最強(qiáng)，離中心越遠(yuǎn)其場(chǎng)強(qiáng)越弱，當(dāng)達(dá)到一定的距離以后磁場(chǎng)強(qiáng)度就降低到正常范圍。

圖2 磁感應(yīng)用強(qiáng)度分布云圖

現(xiàn)場(chǎng)的情況是，兩個(gè)電抗器組相隔距離（如圖1中停電間隔C 相到相鄰帶電間隔A 相）很近，最近距離在4～6米，在這樣的距離下帶電間隔電抗器周?chē)拇艌?chǎng)對(duì)停電間隔的影響會(huì)較為明顯。

3 解決策略

從上面的原因分析可以看出，磁場(chǎng)干擾的來(lái)源主要是相鄰帶電的電抗器組，只要其帶電運(yùn)行磁場(chǎng)干擾必然存在，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)直阻的測(cè)量干擾主要有兩個(gè)方面：一個(gè)是在電抗器中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，另一個(gè)是影響儀器本身，因此從干擾來(lái)源及干擾方式兩方面可提出以下應(yīng)對(duì)策略。

切斷干擾源。將相鄰帶電運(yùn)行的電抗器組臨時(shí)轉(zhuǎn)為熱備用，待測(cè)量完畢后再恢復(fù)至帶電狀態(tài)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有設(shè)備準(zhǔn)確測(cè)量出實(shí)際的直流電阻值，缺點(diǎn)是增加了運(yùn)行人員的操作次數(shù)，同時(shí)也不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。

遠(yuǎn)離干擾源。在變電站設(shè)計(jì)初期，根據(jù)電抗器參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)下的電流等參數(shù)，計(jì)算出電抗器周?chē)鸥袘?yīng)強(qiáng)度分布，得出兩電抗器組互不影響的最小距離，在空間布置上把兩個(gè)電抗器組分開(kāi)。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需相鄰電抗器組陪停，缺點(diǎn)是占地面積可能較大，變電站布置不好設(shè)計(jì)[10]。

增強(qiáng)測(cè)量?jī)x器的抗干擾能力。目前現(xiàn)場(chǎng)使用的儀器具有一定的抗干擾能力，但抗電磁干擾的能力還有待提升，可通過(guò)磁屏蔽等手段增強(qiáng)抗干擾能力，但設(shè)備的成本會(huì)變高，且設(shè)備體積等也會(huì)變大，現(xiàn)場(chǎng)使用不方便[11]。

消除感應(yīng)電壓影響。由于感應(yīng)電壓的存在，對(duì)設(shè)備進(jìn)行反充電，造成儀器無(wú)法測(cè)量，從這個(gè)思路出發(fā)，可在電抗器兩端并聯(lián)一個(gè)回路，把感應(yīng)電壓造成的影響通過(guò)這個(gè)回路釋放，不再對(duì)設(shè)備反充電。如果并聯(lián)的回路參數(shù)已知，則可通過(guò)計(jì)算的方式得到電抗器真實(shí)的直流電阻值[12]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，空心電抗器的燒毀絕大多數(shù)都是由于其匝間絕緣薄弱、三相不平衡等原因造成的。為了及時(shí)的發(fā)現(xiàn)故障，每年對(duì)35kV 并聯(lián)空心電抗器進(jìn)行直流電阻測(cè)試，就空間電磁場(chǎng)對(duì)直流電阻測(cè)量的影響開(kāi)展分析并提出解決策略。應(yīng)從干擾來(lái)源及干擾方式兩方面提出切斷干擾源、遠(yuǎn)離干擾源、增強(qiáng)測(cè)量?jī)x器的抗干擾能力、消除感應(yīng)電壓影響等應(yīng)對(duì)策略。