（超高压输电公司柳州局 广西柳州 545006）
摘要：通过分析高压并联电抗器局部发热的故障机理，为类似事件的分析提供了范例。对高压并联电抗器的运维工作指出了重点。
关键词：高压并联电抗器；局部发热
1 引言
高压并联电抗器是超高压、长距离输电系统中的关键设备，电抗器的运行状态直接影响电网的安全稳定运行。在500kV超高压输电线路中，由于输电距离长、电压等级高、线路充电功率大等特点，在输电线路末端会因空载线路的容升效应而使电压升高。在线路末端加装并联电抗器，能够补偿过高的容性充电功率，从而限制空载容升。由于电抗器的感性无功功率补偿了线路的容性无功功率，降低了工频电压的升高，而使过电压限制在设备允许范围之内。本文介绍一起由于绝缘损坏导致涡流过大烧蚀接地引线而使高抗局部过热故障的分析过程和处理方法，并对高抗的运维提出建议。
2 故障情况简介
2015年11月10日某500kV线路高抗B相在线油色谱装置TM3显示：B相高抗内部绝缘油特征气体超标。对B相取油样进行油色谱分析：H2浓度为780.65μL/L，总 烃浓度为4408.02μL/L。变电所立即组织对电抗器B相进行排油吊罩检查。检查铁芯和上器身，未发现异物、异常，铁芯无位移、变形，器身无变形、位移。对引线及绝缘支架等部件的紧固情况进行检查，磁屏蔽引线连接情况良好。对罩内磁屏蔽绝缘是否过热进行检查，发现磁屏蔽绝缘物正常。在对下器身检查时发现，高抗下夹件和底角的连接线烧蚀，铁芯和底座的固定螺栓灼烧至焦黑，如图1、2所示。电抗器箱底发现烧灼痕迹的异物。可以初步判定电抗器B相内部故障和油色谱产生乙炔，是由于夹件和底座的连接线烧蚀以及垫脚和底角的固定螺栓烧蚀引起的局部过热故障。
图1 B相高抗连接线烧损 图2 B相高抗垫脚螺栓烧蚀焦黑
3 故障分析
3.1 高抗过热的理论分析
根据高抗的设计原理可知，局部过热的根源在于：一、漏磁通引起涡流，涡流流经夹件等部位产生损耗引起发热；二、铁芯振动引起连接部位的摩擦损耗以及紧固件松动。
高抗的电感与其绕组匝数和磁路特性有关，带气隙的铁芯电抗器的特殊结构决定了其本身具有大量值的漏磁通。利用薄硅钢片在绕组与上铁轭之间形成上器身磁屏蔽、以及在器身与箱壁之间形成箱壁磁屏蔽后，漏磁通的回路如图3所示：绕组――上器身磁屏蔽――箱壁磁屏蔽――下器身磁屏蔽――绕组。
由于工艺限制和实时运行工况的变化，无法做到将所有的部件屏蔽在泄露磁通的流通回路之外。在部件中仍有小量值的泄露磁通引起的涡流流过。
交变的电场产生交变的磁场，而相邻铁心饼任何瞬间时都是异性磁极相邻，所以其间的磁场力为吸引力。吸引力在零与最大值之间以两倍的频率交变，如图4所示。因此电磁场交变造成铁心饼不断地弹性形变而产生机械振动。
图3 有磁屏蔽的漏磁通回路 图4 铁芯饼极性的变化频率
3.2故障现象原因分析
原高抗的设计，夹件和底角的固定螺栓（如图5所示）由于没有表层绝缘，相当于导线将夹件和底角连接；从图6可以发现，绝缘纸未覆盖的边缘部位，夹件的垫脚和底角相接触，也相当于两者之间用导线相连；同时，夹件和底角之间还有软铜导线相连接。结合电抗器的漏磁通的流通回路，其简化的电气接线图如图7所示。夹件和底角之间存在多点连接，形成多个闭合回路。闭合回路所在截面中的磁通量随着实时工况而存在变化，闭合截面磁通量的变化将产生涡流。涡流在夹件和底角之间的闭合回路中流通产生损耗引起发热，是此次连接线烧断的根本原因。
图5 新旧螺栓对比图，左边为旧螺栓 图6 旧绝缘纸板与新绝缘纸板，上面为旧纸板
对高抗A、C相进行排油及吊罩检查时发现A、C相的下夹件和底角的连接线同样出现烧蚀现象，但垫脚和底角的连接螺栓未发现明显的烧蚀痕迹。由此可以判断，连接线的烧蚀故障应该在螺栓烧蚀故障之前发生。在B相连接线烧断之后，夹件和底角之间的多点连接主要为螺栓连接。原来流经连接线的涡流，将主要经过螺栓在夹件和底角之间流通。B相的一个垫脚螺栓产生松动导致接触电阻增大，发热严重，小部分烧蚀之后，扩大了连接间隙，进一步导致螺栓和夹件及底角的接触电阻急剧增大，因此B相螺栓烧蚀情况发展迅速，最终产生乙炔。
4 处理结果
经上述分析可知，此次高抗发热是由于夹件和底角的固定螺栓没有表层绝缘及绝缘纸较短未覆盖住边缘部位，导致夹件和底角多点连接产生较大涡流。因此，检修人员增长并加厚了垫脚和底角之间接触的绝缘纸板，如图6所示。将垫脚螺栓过夹件部位的螺纹去掉，加工成细腰形状，在此处外包绝缘皱纹纸或环氧玻璃丝，形成可靠绝缘层，并在螺栓与夹件连接之间增加绝缘垫圈，如图5所示。确保改造后的垫脚处夹件和底角一点连接，电气连接图如图8所示。
图7 简化的底部电气接线图 图8 改造后垫脚处的电气接线图
5 结语
通过分析高压并联电抗器局部发热的故障机理，为类似事件的分析提供了范例。本次故障的直接原因是高抗设计存在缺陷，在夹件和底角之间存在多点连接，形成了涡流流通的回路。因此，相关运维人员应加强对油色谱信息的采集、分析和反馈。检修人员应熟知高抗的内部结构，确保发生故障时能找出问题的根源并解决，落实设备主人意识。
参考文献：
[1]中国南方电网 《500kV并联电抗器(含中性点电抗)技术规范》
[2]杨晓维 《500kV线路并联高抗故障分析及检修策略研究》
[3]熊信银 《发电厂电气部分》
作者简介：
[1]姜雪飞 （1979-）男, 学士，工程师，从事变电检修管理工作
论文作者:姜雪飞
论文发表刊物:《电力设备》2016年第15期
论文发表时间:2016/11/3
标签：底角论文; 螺栓论文; 涡流论文; 垫脚论文; 高抗论文; 电抗器论文; 故障论文; 《电力设备》2016年第15期论文;