特变电工股份有限公司新疆变压器厂 新疆昌吉 831100
摘要：干式空心电抗器作为电力系统中的主要元件，其运行状态直接决定着整个电力企业的运行情况以及经济效益。为了确保干式空心电抗器的高效稳定运行，本文对其结构以及特点进行了研究，通过对多起干式空心电抗器故障进行研究发现，导致电抗器产生故障的最为主要的原因是故障短路，该故障主要发生在干式电抗器投入运行的1h内，匝间短路的原因是生产操作过程中制作工艺不良、操作过电压或者维护不当等。
关键词：电抗器；故障；薄弱点；匝间短路；防护措施
1.干式空心电抗器
1.1干式空心电抗器的结构
由非导磁金属结构件、线圈以及支柱绝缘子组成了干式空心电抗器的整体结构。为了有效确保电抗器的良好散热性能，按照电抗器的容量大小能够将线圈做成若干个包封内外并联，而且在每个包封间能够用玻璃丝材质的通风道撑条将其分割开来，从而成为散热气道。单个包封则需要用到能够包裹绝缘材料的单丝圆铝线，对其进行多根并绕。为了有效保障外绝缘效果，并且将外界环境隔离开来，就需要使用浸有环氧树脂的玻璃丝对其进行环绕包裹。在底部构件上或者是线圈顶部需要使用绕制调匝环对电抗器的电流密度进行调节，使其能够从基本上满足设计要求。在电抗器的外表面应该刷上绝缘漆来强化电抗器的外绝缘效果，在一些电抗器中还需要RTV防御紫外线对绝缘带来的破坏。
1.2干式空心电抗器的特点
干式空心电抗器使用的是空心结构，这样一来有效避免了电抗器的饱和，线性特点突出。无油结构的使用，基本上可以使电抗器处于免维护的状态。但是，因为结构简单，使用空气散热的方法难以检测其运行状态，在出现故障的时候也不能提前预警，而且运行环境比较恶劣，长时间受到风吹雨淋，就会加剧干式空气电抗器的绝缘老化程度。再加上干式空心电抗器的漏抗特点比较明显，会对周围的环境产生很大的影响，需要在宽广的无导磁设备区域中运行。电抗器的制造结构比较简单，对其进行监督管理没有变压器那么复杂，并且人员的操作水平也很容易对电抗器的能力产生影响，因此，这些厂家的设计水平以及制造水平之间有着很大的差异，使得生产电抗器的质量不达标。
2.故障分析
2.1网内电抗器故障情况
据相关资料显示，从2009年至今，在南方的电网范围内已经发生了20起35KV干式空气电抗器故障，这些电抗器故障发生都有一个特点，就是在设备投入运行1h之后出现了故障，主要原因是因为干式电抗器的匝间受损，在运行的过程中匝间短路就会伴随大量的环流出现，从而引燃电抗器。
2.2低压电容器串联电抗器故障
于2010年，某站的低压电容器串联电抗器A相出现了故障，高温材料滴落之后使其他两处出现了短路，导致三相电流快速增加，在瞬间超出了30KA，电抗器全面损坏。经过分析发现，是由于A相串抗内侧线圈匝间短路引发火灾，也就是线圈铝导线绝缘劣化，长时间的过热反应导致绝缘层破裂，从而引发了短路故障。
2.3并联电抗器故障
于2015年，在某站中并联电抗器的B相着火，故障的出现伴随着整个产品都起火，火势比较大的一侧与进线端子接近，因此，进线端子的绕组受到了严重的损伤，溶解的铝也开始向下流淌，导致下端的玻璃钢柱以及支柱绝缘子被烧坏，线圈上部的火烧情况比较严重，并且包封表面也出现了严重的碳化现象。
通过解体故障电抗器发现，通过查看线圈的烧毁情况不能了解到引发故障的原因，此次事故的出现可能是因为线圈层间和匝间绝缘击穿所致，使得线圈的匝间短路。在出现线圈匝间短路故障之后，将会使匝间短路点以及短路环发热，这种现象不会改变产品的参数，因此，系统也不能自动启动保护措施，如果这种故障持续的时间比较场，随着故障点的温度不断升高，就会在故障部位出现烟雾，从而引发火灾，继而引发绕组以及其他部位的火灾故障。
2.4故障原因分析
通过统计相关资料能够发现，匝间短路是导致电抗器出现故障的主要原因，而引发匝间短路的原因可以统计为以下几个方面：（1）维护工作不到位，在插入通风条的时候，蹭坏了调匝坏，并且在这种状态下使其投入运行，从而导致调匝环匝间短路着火继而引发电抗器着火；（2）正常投切过程中引发的电抗器上操作过电压分布不均匀的情况，而且首段匝间点位梯度较大，频繁的投切会伴随电蚀效应出现，积累一定的时间之后，就会导致匝间绝缘老化，最终引发匝间短路，继而使电抗器着火；（3）制造工艺低下，使得匝间绝缘薄弱，投入运行之后局部过热现象会导致匝间出现热击穿现象；（4）绝缘材料制造不良，从而导致匝间绝缘强度欠缺，或者绝缘材料缺乏耐热等级而容易存在老化现象；（5）当环境以及运行情况对干式电抗器产生影响之后，就会导致包封开裂，匝间绝缘也会进水受潮；（6）电抗器受潮承受过电流或者过电压的能力比较低，在操作过程中过电流或者过电压的情况将会引发匝间绝缘受损。
3.运维策略
3.1日常运维
（1）设备运行过程中强化巡检工作。干式电抗器运行过程中，需要对其进行红外测温，对于串联电抗器而言，则需要测量电抗器顶端的温度，然而，对于并联电抗器，需要对上部位置防雨帽圆形帽口向外辐射的温度进行测量，在不同的温度环境中进行横向比较。在对数据进行对比的时候，需要除去环境温度，如果环境温度有明显上升的趋势，就需要立刻对其进行停电检修。仔细检查电抗器中是否存在异动，其中包含电抗器的频次以及噪声响度是否正常。观察在电抗器的风道中是否存在异物。在送电的半小时内，需要全面检查电抗器，如果存在冒烟或者温度过高的现象，就需要立刻予以处理。（2）在停电的时候需要做好维护工作。对电抗器的降噪装置近距离予以观察，查看其是否存在老化发白变色的现象，如果有这种现象存在，就表明改电抗器内部曾经存在过热情况，但是，需要将这种现象和缓慢老化区分开来 。
3.2特维策略
（1）选择容易发生故障的站点，对其进行过电压以及谐波水平测试；（2）强化叠装方式，对已经安装完成的电抗器进行维护，以免单相故障引发为相间故障。
结语
（1）匝间短路是最为直接的引发电抗器故障的原因，这种现象多发生在设备投入运行的1h内，做好设备投入运行之前的检查工作能够在一定程度上降低出现干式电抗器故障的几率。（2）在干式空心电抗器运行的过程中，电抗器的局部温度升高、包封表面出现缺陷是引发故障的其中一个原因，需要过程中需要强化对这些部位的检修，同时要做好电抗器的日常维护管理工作，最大限度确保电抗器处于健康稳定的运行状态。
参考文献：
[1]凌云，赵彦珍，肖利龙，吴玉坤，孟波，马骁.高电压大容量干式空心电抗器匝间短路故障在线监测方法[J].高电压技术，2019，45(05):1600-1607.
[2]黄新波，周岩，朱永灿，曹雯，张龙，邬红霞.干式空心电抗器匝间短路故障在线监测技术[J].电力系统自动化，2019，43(02):150-160+181.
论文作者:侯振华
论文发表刊物:《中国电业》2019年第07期
论文发表时间:2019/7/31
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