摘要:针对500kV曲靖变35kV干式空心电抗器连续损坏事件进行深入研究,查找干式空心电抗器内部绝缘薄弱点,分析其外部运行环境,综合内外因素确定连续损坏的原因,找出解决办法。
关键词:耐温性能;过载运行;局部过热;匝间短路;换位线电抗器
一、引言
低压干式空芯电抗器具有无油、重量轻、便于运输和安装、噪音低、维护方便和无铁芯饱和等优点,被广泛应用于电力系统低压补偿中。国内生产的干式空芯电抗器,大多采用的制造工艺是多层并联、环氧树脂包封、聚酯薄膜匝绝缘。随着干式电抗器大规模的应用和单台容量的增加,近几年大量投入15000kVA-20000kVA的35kV干式空芯并联电抗器,但随之而来的是这种大容量的干式电抗器匝间短路故障率急剧增加,对电网安全运行造成一定危害。
据统计,500kV曲靖变自2003年投运至2018年5月以来,35kV干式空芯并联电抗器已损坏9只,运行不足5年的干式电抗器故障台数占到了总故障台数的66.7%。由于在电抗器发生匝间短路初始时刻,电抗器的总电流变化较小,传统的过电流保护很难快速切除电抗器,这使得电抗器匝间短路故障迅速扩大,甚至发生火灾,如图1所示,严重地威胁到变电站其他设备的安全运行。
图1 500kV曲靖变电站35kV干抗损坏事故
二、故障原因分析
2.1设计、制造原因
干式空芯电抗器采用多支路并联结构,其设计结构是在满足自感、互感、电流、损耗、温升等相互平衡的基础上确定电抗器的包封数、内径、高度和各层导线的匝数,其采用多包封、多层并联的结构,内部电流分布完全取决于各层侧自感及层与层之间的互感大小。
目前曲靖供电局500kV变电站在运干式空芯电抗器均采用单丝线型,国内主流厂家生产过程中几何尺寸控制、排线匝数、整齐度、松紧度控制等主要依靠人力完成,生产还处于半机械、半人力水平,绕线的松紧、平整、半径偏差、匝数偏差等还要人力控制,这将不可避免的带来一定的制造偏差。当电抗器容量由3.3Mvar上升到20Mvar时,其复杂度由24上升到116,上升了5倍,这成倍的增加了产品的制造难度,在制造水平没有大幅度提升的情况下,势必导致产品质量的下降,不可避免的带来了更大的制造偏差。
制造偏差变大将大幅提升电抗器故障率,主要体现在以下几个方面:
(1)产生局部高温
包封间距偏差引起各支路电流产生较大变化,匝数偏差引起各支路电流产生明显变化,统计发现:当出现1%的匝数偏差→导致60%阻抗偏差→引起局部150%的电流增高→造成局部温升提高50K→烧损匝间绝缘,这就是频发的局部高温损伤匝间绝缘,造成短路的主要原因。
(2)成倍上升的机械应力
电抗器内部电动力分布极不均匀,内层线圈幅向电动力大,外部线圈轴向电动力大。据统计,1%的匝数偏差将使幅向电动力和轴向电动力大小明显增加,大约为稳态时的10倍。而对于15-20Mvar的电抗器,在现有的制造水平下,要把1%的匝数偏差控制到更低的水平,这是很困难的。
2.2匝间绝缘材料耐温性不足
目前的单丝线型干式电抗器多采用聚脂薄膜作为匝间绝缘材料,采用X射线衍射及空间电荷测量技术对匝间绝缘材料耐温性能进行测试,通过不同老化程度的样品测试结果发现,聚脂薄膜热老化过程中,聚合物出现损伤,引起聚合度下降,晶粒尺寸由于热膨胀先增大后聚合物断链生成有机小分子,电气性能与导热系数成倍下降,结果表明其不能满足全寿命周期内产品绝缘强度要求,如图2所示。
图2 电抗器包封老化分层、脱壳情况
2.3运行工况较差
500kV曲靖变35kV干式电抗器长期处于较差的运行工况下,其绝缘性能不断降低,主要体现在:
(1)长期过载运行
500kV曲靖变35kV电抗器额定电压均为33.5/ kV,实际投运电压处于35.5/ kV至38.5/ kV之间,最高投运电压与额定电压的偏差高达14.93%,由于电抗器技术标准的滞后与电网跨越式发展的现状,造成电抗器额定电压选择偏低,实际投运电压偏高,导致电抗器长期处于过载运行状态。
(2)频繁投切造成冲击
据统计,自2003年投运以来,35kV电抗器年平均投切62次,其中3号电抗器投切次数最多,2005年共投切87次,电抗器烧损次数与投切次数存在正相关性。由于干式空心电抗器无铁芯,投入电抗器时合闸涌流较小,但投入时产生较大的机械应力冲击,切除电抗器时产生过电压造成电压冲击,频繁投切将不断降低电抗器绝缘性能,缩短电抗器使用寿命。
三、处理技术方案
3.1采用新技术
按T/CEC130—2016《10kV~110kV干式空心并联电抗器技术要求》:对容量大于10Mvar 的干式空心并联电抗器,应选用新型换位线电抗器,并且其匝间绝缘应采用聚氩酰胺薄膜,额定电压应为37.5/ kV,容量为20Mvar,2018-2019年优先将损坏次数最多的500kV曲靖变35kV3号电抗器(单丝线型)更换为换位线型,其他将陆续进行更换,以降低损坏次数。
3.2 提高运行、维护质量
每年10月份在枯水季到来前,检查一次直流电阻,对横比、纵比超过1%的,一定要仔细检查,及时查出断股缺陷并修复;发生一相烧损故障的电抗器组,对未直接烧损的另外两相电抗器,密切关注其直流电阻、交流阻抗的变化趋势,对横比、纵比超过2%的进行修复处理;定期进行红外测温,密切关注测温数据,温差变化较大进行检查处理。
3.3投切次数控制、保护调整
尽量减少投切次数,在满足电网电压控制区段要求的前提下,投上去尽量不要退;尽量压缩保护动作时间,在满足躲过合闸冲击涌流的情况下,把动作时间压缩到300ms以下,以保证故障时快速切除电抗器,避免引发电气火灾。
四、结论
本文通过对35 kV干式空芯电抗器匝间短路造成损坏的内、外部原因进行分析,确定综合处理技术方案,很好的解决了我局电抗器频繁损坏的难题。
参考文献:
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论文作者:李滔,赵煜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/18
标签:电抗器论文; 曲靖论文; 干式论文; 偏差论文; 电压论文; 电流论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第18期论文;