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摘要：现阶段，空心电抗器已经在电力系统中得到了普遍的应用，但是其在应用的过程中，经常出现着火现象，严重影响了电力系统的正常运行，并给其带来了严重的经济损失。而在引发着火燃烧事故的主要原因为匝间绝缘击穿。因此，必须要做好空心电抗器的绝缘电热联合老化试验。本论文以空点电抗器的绝缘电热联合老化试验为研究切入点，对其进行了详细的研究和分析。
关键词：空心电抗器；电力系统；绝缘电热；老化；试验技术
自从上个世纪中叶以来，干式空心电抗器凭借其独特的优势，已经在电力行业、冶金行业、能源行业和化工行业中得到了普遍的应用。尤其是在电力行业中，干式空心电抗器的应用较为广泛，无论谁在输电、变电、发电、能量转换，还是在电能消耗的的过程中，均能够看到干式空心电抗器的影子。尤其是当前，伴随着社会经济的发展，以及对电力需求的不断增多，我国电力市场中对干式空心电抗器的需求量也随之增加。
一、干式空心电抗器概述
干式空心电抗器通常是采用湿法绕制的方式，并由多个同轴包封并联构成。每一个包封都是由若干层绕组进行组合而成的。所有的绕组属于并联结构，每一层绕组由有多跟铝线或者单根铝线并绕而成的，每一个导线所用的聚脂薄膜绕包则被称之为匝间绝缘。而电抗器的包封则是利用并未凝胶固化的环氧玻璃丝绕包作为外绝缘，且两个包封之间的地方是利用环氧树脂撑条对其进行支撑。在这种情况下，在电抗器的中间就会形成一个散热通道。各个绕组的出现断则分别焊接在上下星形的支架上，以将其与电气进行连接，并对整个线圈进行固定。电抗器经过整体的绕制之后，对其进行高温加热固化，进而使得整个线圈包变得更加坚固。
在整个电力系统中，电抗器是其中最为重要的设备之一，对于加强点电力系统的稳定性、提高电能输送的质量等具有十分重要的作用。就目前而言，空心电抗器以不发生磁饱和、电感值的现行废好、噪音低、维护周期长等优势在电力系统中得到了广泛的应用，但是其在具体应用的过程中，受到匝间短路的影响，常常发生一定的着火故障。因此，必须要加强匝间绝缘材料的研究工作，建立合理的电老化模型，进而保证整个电力系统正常、稳定运行[1]。
二、空心电抗器的老化试验技术
1、试验平台和试验方法
在对空心电抗器进行老化试验的过程中，鉴于其运行的过程中会受到电场、温度场、机械应力、环境因素的共同影响，进而对电抗器的匝间绝缘产生严重的影响。因此，在进行实验的过程的过程中，采用通电使用电抗器自身发热的方法对其进行老化，最能真实、直接地反应出电抗器在运行过程中匝间绝缘的工作状况。
在本次实验中，对其进行三相交流电进行供电，并将3台空心电抗器同时进行热老化（如下图1所示）。在这种形式下，就在一定程度上缩短了实验的周期。
图1：老化实验主电路
在该实验过程中，对电路控制进行了精心的设计。在设计的过程中，将其应用的便利性、准确性和安全性进行了充分的考虑。同时，在该实验电路控制的系统中，可对整个电路、主电路的开断进行有效的控制。同时还可以对单台的电抗器进行控制。在对单台电抗器进行控制的过程中，无论是其连续点动升压操作，还是其降压操作，均配合一定的按钮指示灯。当按钮作用的时候，相应的指示灯就会自动点亮；另外，在整个控制电路、主电路中，还具有空气阻断器。在这种情况下，空心电抗器在运行的过程中，一旦出现匝间短路的现象，整个控制系统就会自动将电源切断，以免因短路出现出现着火故障。最后，在整个电路控制系统中，还存在紧急按钮，当出现意外情况的时候，可迅速将电源进行切断。
2、老化试验平台组间
在进行老化试验的时候，应先将主电路、控制电路的空气开关进行闭合，之后将钥匙开关进行旋转，并对整个电路供电进行控制。在这一过程中，试验所用的三台调压器会自动归零。之后，按高压合按钮，使其相应的指示灯点亮，对空心电抗器进行通电处理。在进行通电的过程中，电抗器的电压值、电流值会在电路控制系统上进行清晰的显示，当发现其无法达到预期值的时候，可充利用孔子系统中的电压升降按钮，对其进行调整，使其逐渐达到预期的数值。另外，在试验的过程中，还可以调压器中的零位限位开关、高位限位开关等，对调压器的运转进行控制，以免其出现过度旋转的现象，进而避免了故障的发生[2]。
三、空心电抗器的绝缘电热试验
1、空心电抗器的绝缘检测方法
在对其进行绝缘检测的过程中，由于空心电抗器并未存在铁心，并且心电抗器根电力系统中的变压器也存在较大的差异，只存在一个绕组。因此，在对其进行检测的过程中，既不能采用以往铁心电抗器检测方式，也不能利用变压器匝间绝缘故障的检测方式对其进行检测。具体来说，在对其进行检测的过程中，可充分利用脉冲电压法对其匝间的绝缘情况进行检测。
在利用该方法对其进行检测的过程中（如下图2所示），对其进行通电之后，直流电点会先对电容Cg进行充电，当该电容经过充电，其电压值达到一定的阶段之后。S就会代表放电球隙，当该电容在充电的过程中，其两端的电压达到一定的数值之后，S放电球隙就会被放电击穿，进而致使电容Cg与电感线圈之间形成脉冲，并对整个电路产生影响，使其产生震荡的现象。在震荡的过程中，当电路放电的电流逐渐衰减的时候，直流电源供电的电流也随之减少，当震荡时放电电流逐渐衰减到零的时候，直流电源供电的电流因为过小无法对整个电弧进行维持，进而导致电弧出现熄灭。电弧熄灭之后，电容Cg又开始充电，当其充电电压到达一定的数值之后，S放电球隙就会出现再次放电的现象，进而再次产生震荡现象。如此一来，如果直流电源一直持续供电，这一现象将会无线循环下去。
图2：脉冲电压法基本原理
注：在该图中，L表示被实验线圈中的电感；Cg表示脉冲电容；Rw则表示实验中被试验的线圈电阻；S则表示放电开关；RS则表示试验过程中限流电阻。
2、空心电抗器检测结果分析
在进行试验检测的过程中，如果空心电抗器中存在匝间短路的现象，电抗器中的电感量、损耗也会随之发生改变，具体表现在：（1）鉴于电抗器匝间短路与电抗器线圈的匝数存在关系，当其出现短路的时候，等于线圈的匝数减少，进而致使其电感量也随之减少。同时，鉴于电路中电感量和振动频率之间存在的反比例关系，伴随着电感量减少的现象，其频率也会出现增大的趋势。（2）空心电抗器试验中，一旦出现短路的现象，就会导致其消耗的能量出现增加的趋势，进而导致电抗器中的能量出现迅速衰减的现象；（3）在实验的过程中，一旦空心电抗器出现匝间短路的现象，就会致使其电抗器线圈内部原本的磁场关系被破坏掉，并致使相应的电流出现相应的改变。在这种情况下，就会导致电抗器的线圈层间产生环流的现象，并进一步加大了整个电抗器的损耗现象。因此，可以说，在进行实验检测的过程中，一旦发现电抗器匝间出现短路的额现象，就会导致震荡电路的电流值、电压值、频率、衰减速度等均出现明显的变化。
电抗器绕组匝间绝缘好坏的判断，最为常用的方法就是波形比较。主要是对同一个空心电抗器两端实施两次电压，其中一次电压做为基准电压，另外一次则作为实验检测电压。在实验的过程中，基准电压一般为实验电压的60%，并且通过对两次实验电压的波形进行对比，看其零点是否存在重合的现象，并结合衰减的速度是否保持一致，可对电抗器绕组匝间的绝缘好坏程度进行判断。
四、电抗器老化实验
在对空心电抗器老化程度进行实验的过程中，主要是对电压器进行调节，以达到对电抗器上的电流进行调节。在对其进行检测的过程中，主要是对空心电抗器进行通电处理之后，其温度分布特性进行研究。通常情况下，在对其温度进行测定的过程中，均是采用红外测温仪，每隔15min对各个测温点的温度进行记录，当各个测温点连续进行四次温度测量结果小于1℃的时候，则表示温度处于稳定的状态。
在进行老化的实验的过程中，对空心电抗器进行2h通电之后，其温度即可达到稳定值的92%，温度4h之后，其温度可达到稳定值。待其温度之后，可利用红外测温仪对其包封的表面的温度进行寻找，直到寻找到温度的最高点，并据此对空心电抗器老化程度进行确定[3]。
结束语
综上所述，干式空心电抗器凭借其独特的优势，已经在电力行业中得到了广泛的应用。但是其在应用的过程中，极容易产生短路等现象，进而诱发火灾等故事，严重影响了电力系统的稳定运行，并产生了巨大的损失。据此，必须要通过干式空心电抗器的绝缘电热联合老化试验，对其进行了相关的研究，并结合实验的结果，对发生故障的原因进行了分析。
参考文献：
[1]沈弋戈. 干式空心电抗器的老化及评估技术的研究[D].上海电力学院，2018.
[2]顾哲屹. 干式空心电抗器匝间绝缘材料老化研究[D].哈尔滨理工大学，2017.
[3]王龙江. 空心电抗器绝缘电热联合老化试验方法研究[D].哈尔滨理工大学，2014.
论文作者:纪长城,郭晓亮
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/15
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