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：
[1]陈加盛.35kV干式空心电抗器常见故障及整改措施[J].电气技术，2018，19(01):77-79.
[2]张晗，蔡延雷.一起500kV变电站干式空心电抗器故障原因分析[J].电力电容器与无功补偿，2016，37(01):47-50.
[3]崔志刚，马仪，沈宏伟，等.工艺偏差对干式空心并联电抗器电气参数的影响[J].变压器，2015，52(08):18-23.
[4]高晓东，曲文韬，陈仁刚.35kV干式空心电抗器故障分析及预防措施[J].电力电容器与无功补偿，2015，36(02):85-88.
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;