摘要：35kV干式并联电抗器在系统电压调节过程中起着重要作用，其可靠运行直接影响到整个电网的安全稳定。本文35kV干式空芯并联电抗器故障过程，通过对故障发生时保护装置的动作情况、故障后的设备解体检查和故障设备取样试验数据综合分析，找出故障的原因，并对干式电抗器安全运行提出了几点建议。
关键词：保护动作；故障；检查；分析；建议
引言
为了提高功率因数，减少电能损耗，增强供电能力，国内在变电站35kV低压侧安装干式并联电抗器，用以调整系统电压。干式并联电抗器因干式无油、安装简单、维护量小和运行成本低等优点被广泛使用，但随着运行年限的增加，电抗器在实际运行中也逐步显现出许多的问题，急需改进、解决。本文从某变电站35kV干式空芯并联电抗器故障入手，对其故障进行分析，寻找故障原因以及安全运行建议。
1 故障经过
故障前站内设备以正常方式运行，天气良好，无停电检修工作。3731电抗器于2011年1月29日22时17分投入运行，由3号主变压器低压侧单带，30日17时51分，发生短路故障。现场检查发现3731电抗器B相顶部调匝环烧损、防雨罩烧损，B相导线熔断搭落在电抗器中性线上，电抗器各包封层顶部和底部烧毁严重，其余A、C相正常，避雷器未动作。
2 设备情况
3731并联电抗器型号BKGKL-20000/34.5，户外干式半心，三相水平布置，2003年12月生产，额定容量20000kvar，额定电压 34.5/√3kV电压，额定电流1004A，实测电抗19.87Ω。投运以来，该批次电抗器曾出现因漏磁较大。3731断路器型号3AQ1EG，绝缘介质是SF6，额定电压72.5kV，额定电流4000A，额定短路开断电流50kA，运行工况良好。3731避雷器，Y10WR—51/134W型金属氧化物避雷器，额定电压51kV，工频放电电压73kV，雷电冲击残压134kV，运行正常。
3 保护动作、故障录波及分析
该变电站的综合保护装置采用某有限公司CSK406A型，2003年7月生产。电抗器的主保护为差动保护，其他保护有电流速断保护、过电流保护及零序电流保护。
故障时，保护动作显示：过流保护Ⅱ段动作，B相故障，动作电流（二次值）10.56A，动作时间510ms，监控报文：35kVTV接地、35kV1#电抗器过流Ⅱ段出口。因2号主变压器35kV侧通过母线单带3731电抗器，因此电抗器波形即为35kV母线所录波形。故障录波图如图1所示。
由波形看出，故障后A相电压幅值迅速增大，B相电压迅速降低有小幅反弹，C相电压在波峰有一个小型波动后也相应增大，O相出现正弦电压至断路器动作后消失。
分析判断，B相电压波形首先出现畸变，幅值迅速降低，为B相首先发生单相接地故障，相应A、C相电压升高，中性点出现不平衡电压。结合保护动作情况，判断35kV侧1号电抗器B相发生单相接地故障，持续约82ms，由二次电流值10.56A推算故障电流一次值3379.2A（变比1600/5），非故障相电压幅值升高为正常运行电压的1.7倍。
C相在波峰处的小型波动，经分析为B相导线在搭落于中性点之前，即短路故障瞬间，B相断路，抑制A、C相电流变化，出现三相的电压失稳，导致C相电压再次升高，从波形图上看就出现了C相波峰的倒尖。而A相波形此时处于0轴附近，所以波形畸变并不明显。
4 解体检查及试验
4.1.解体检查
该类电抗器有14个包封（由外到内分别为第14～1层），无假包封，中心部位安装经环氧树脂浇注的硅钢片，为调节各包封层电流平衡，电抗器顶部装有调匝环，调匝环固定在顶部米字形架上，顶部有防雨罩。
将电抗器由外向内逐层剖开进行解体检查：
（1）电抗器各包封层顶部和底部烧毁严重，外层包封（第14层）表面被火熏黑，底层导线在吊装过程中部分部位受力扭曲变形，如图2所示。
（2）分别取内部各层包封截断，发现各层绝缘导线排列紧密，存在局部玻璃纤维层龟裂变形，有部分导线层与玻璃纤维层之间有空腔，如图4所示，但未发现导线损伤、绝缘损坏和放电痕迹。
（3）最内层包封（第1层），与内部空隙较大，有烧损迹象，但未发现明显放电点，且剖开内表层未见异常，如图5所示。
4.2.取样试验情况
为检查电抗器本体使用材料是否存在缺陷，对电抗器所使用导线和绝缘材料进行试验。取第14层包封（最外层）和第8层包封（中间层）的部分材料进行导线直阻、匝间和层间绝缘电阻、匝间耐压试验。导线直阻测试，第14层单位直阻为3.269mΩ/m，第8层单位直阻为3.190mΩ/m，与理论计算值（3.211mΩ/m）的误差小于2%（规定值）；匝间和层间绝缘电阻测试，第14层和第8层均大于1000MΩ（规定大于200MΩ）；匝间耐压试验，第14层耐压值15kV，第8层14kV，大于3kV的规定值。
5 故障分析
经现场检查、录波图分析、解体检查和取样试验，综合判断故障点位于电抗器顶部调匝环位置，原因如下：
（1）现场检查，顶部烧损严重，尤以顶部调匝环烧损最严重，其余部位次之，可初步判断故障始发于电抗器顶部。
（2）解体检查，电抗器1～14层包封绝缘情况良好，没有绝缘劣化现象，虽然局部出现玻璃纤维层与导线层有空隙现象，但没有发现明显放电点。
（3）取样试验，电抗器各层包封导线直阻、匝间和层间绝缘、匝间耐压合格。
（4）对调匝环的安装位置进行分析，调匝环位于电抗器上部，上端连接电网，下端连接电抗器，是电抗器进线的前几匝，在电抗器投切（电抗器在2010年共投切29次）的过程中，调匝环最先受到电网过电压的冲击，过电压对绝缘的损坏具有累积效应。
（5）考虑家族缺陷，该批电抗器存在漏磁问题，这在本文第2节已经说到了。漏磁导致的电抗器震动，造成调匝环的绝缘材料龟裂、破损，长期运行容易发生匝间短路故障。
（6）故障发生后，联系厂家了解调匝环的制作工艺。生产厂家说明，调匝环由生产人员在电抗器上手工绕制，调匝环线圈外部用玻璃布浸胶后人工进行包绕，所用环氧胶常温固化，未进行高温固化。常温固化绝缘强度较高温固化要低，电抗器本体绝缘材料采取高温固化，而调匝环线圈未进行高温固化。
6 干式电抗器安全运行的建议
电抗器顶部调匝环长期运行于震动、高温环境下，且本身绝缘性能就不高，绝缘逐渐劣化，调匝环的线圈发生匝间放电，最终导致匝间短路。匝间短路形成单个环绕闭合回路，由于磁场较大，闭合回路中形成较大环流，大电流引起导线发热并最终引起绝缘材料燃烧。调匝环的绝缘首先燃烧，引燃防雨罩，两者燃烧产生的高温烧融电抗器进线，电抗器进线跌落于中性点发生短路。下部燃烧是由于顶部燃烧的烧融物滴落于电抗器底部米子架引燃造成。因此提出以下建议。
（1）对于在运行的有调匝环、防雨罩的干式电抗器，红外测温时要加强对电抗器顶部调匝环的监测。有条件的可开展电抗器局部放电在线监测。
（2）对于震动较大、噪声超标的干式电抗器，要尽快安排停电检修或返厂大修，防止因为松动、接触不良引起的发热故障。
（3）电抗器生产厂家要加强绝缘材料使用要求，采用耐热性好、阻燃性强的绝缘材料。
7 结束语
综上所述，在变电站中，电抗器是一个十分重要的电力设备。电抗器在其当中能够起到很多的作用，由此可知，要十分注意防止电抗器出现问题，及时发现问题并且解决问题。本文通过分析一起变电站35kV干式空芯并联电抗器的短路故障过程，经现场检查、录波图分析、解体检查和取样试验，综合判断出故障是由于电抗器上部调匝环的设计不合理、绝缘材料耐热性能差造成的，并对此提出了几点建议来保障电抗器的安全运行。
参考文献：
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[3] 陈泽鑫.关于干式空心并联电抗器烧损问题的原因分析[J].中国电业：技术版.2015（11）
论文作者:陆勇鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：电抗器论文; 故障论文; 导线论文; 相电压论文; 干式论文; 电压论文; 波形论文; 《基层建设》2017年第16期论文;