摘要：本文主要针对某500千伏变电站一起高压并联电抗器故障事件，通过对系统设备前相关参数以及事故后的调查分析，发现该站高压电抗的高压侧套管均压环设计不合理，导致放电击穿套管尾部引线附件而造成线圈短路发生油箱爆裂事故。对此提出整改方案以及应对防范措施，保证系统安全稳定运行。
关键词：高压电抗器；故障分析；防范措施
0 引言
并联高压电抗器是远距离高压交流输电网络中不可缺少的重要设备。在500千伏交流输电网中，主要用来改善系统电压分布、平衡无功功率、限制潜供电流等方面，对电网有着不可替代的作用[1-2]。因此对高压电抗器的合理设计，以及设备日常维护方案、制定事故防范措施具有较高要求，对电网安全稳定运行有重要意义。
1 高压电抗器事故案例
2016年12月14日，500kV xxx电站xx1号线高压 B 相电抗器重瓦斯保护动作、第一套保护、第二套保护及本体压力释放阀动作，5031 开关、5032 开关跳闸。故障造成该电抗器油箱爆裂并起火。500kV xx 1、2号线及 500kVⅠ、Ⅱ母线相继跳闸。500kV xxx线带1号主变运行，220kV 系统运行未受影响，故障未造成负荷损失。
2 高抗设备基本情况
2.1故障前基本情况
该高抗 15 年以来运行情况良好，未发生故障。按规程规定 500kV 电抗器每 3 个月开展一次油中溶解气体分析，最近一次油中溶解气体试验时间为 2016 年 9月 14 日乙炔含量为 0，总烃 35.73ppm，色谱数据未见异常。上次检修预试时间为 2015 年 5 月 10 日，所做的试验项目为绕组、铁心、夹件绝缘电阻测试，本体介损与泄漏电流测试、直流电阻测试及套管相关试验等，试验情况未见异常。
2.2故障后现场检查情况
电抗器器身高压侧右前方开裂起火，油箱整体变形，中部向外凸出。油箱多处加强筋开裂，高压套管附近油箱上有多处破口。
高压端引线已经熔断，出线端成型绝缘件已经完全烧损。上绕组完全凌乱，大量的导线熔断和拉断；下绕组外层导线多处断线，但相对整体形状保持较好。油箱内铁轭变形严重，上铁轭已经完全散开。高压侧套管的瓷套完全碎裂，上节瓷碎片基本散落在套管下方的储油池内，电容型芯体外层过火烧损但电容屏基本保持完好；下节瓷套已经完全炸碎，碎片落在油箱底部，电容屏严重燃烧，套管尾部金属件（黄铜）已不见。高压套管的均压球落在油箱底部，球体表面过火烧黑，球内发现有多块黄铜熔块和一大块铁饼。现场拆下压力释放阀，发现压力释放阀导向盒内有油污，阀体中胶圈已损坏复归。低压侧套管根部碎裂，现场拆下尾端引线（铜管）检查，外观无放电烧伤痕迹，内部导管下坠，引线外绝缘烧损。
2.3设备试验检查情况
压力释放阀检验：首先保持现场原样进行试验，承受大约 40kPa 压力后开始漏气，压力释放阀不能开启；然后更换阀体中胶圈后，压力释放阀能够正常开启、关闭，符合动作值要求。气体继电器检验:检测结果报警 250cm3 ，流油动作1.0m/s，合格。
3、高抗故障原因分析
虽然故障后设备着火时间较长，线圈、铁心及绝缘等已严重过火、损坏，但从故障后现场检查、取证不难看出：高压套管尾部结构设计不合理，造成均压球脱落是本次故障的高压套管尾部结构设计不合理，造成均压球脱落是本次故障的 主要原因。
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由于套管尾部金属件表面电场强度集中且电场分布复杂，通过安装均压球将尾部电场强度有效改善和降低。在设备最高运行电压下，该电抗器最大场强出现在高压套管均压球下沿处，电场强度 2.91kV/mm。
该套管为西瓷公司 1991 年引进的 ASEA 公司 80 年代的技术，套管尾部均压球采用悬挂式结构，球内悬挂隔板仅为1mm 厚的钢板，靠四个 M10 螺帽（螺杆上有压紧弹簧）将均压球卡住。悬挂隔板表面光滑，无限位槽或其他防松动措施。
在电抗器长期震动的作用下，固定螺栓磨损、松动、弹簧疲劳，造成均压球串位、最后脱落。套管尾部垫圈和端环（黄铜）脱离均压球后高场强部位失去保护，开始沿下瓷套表面向套管法兰接地套筒爬电。脱落的均压球处于悬浮电位状态，套管尾部端环边缘的尖角导致电场畸变，电场强度激增至 9.80kV/mm，对均压球和接地套筒产生放电。绝缘油在持续的放电作用下，分解产生大量的可燃气体导致放电区域变压器油绝缘能力急速降低，极高电场强度的端环开始对线圈上部线饼发生放电，放电能量逐渐增大，造成线圈上部的部分线饼短路，短路电动力从线圈内部向外将线圈爆开。从故障发展过程看，套管尾部端环对均压球放电并沿套管表面向法兰接地套筒爬电持续5小时以上，产生的可燃气体使电抗器轻瓦斯告警。持续的放电造成套管尾部的黄铜垫圈、端圈及铁质的接地套筒熔化，并落入下方均压球内。
同时线圈线饼短路后，局部形成短路匝（经计算，相邻饼短路后产生的短路电流约为 1450kA）。在短路电动力的作铁水溶化物黄铜溶化物 作用下，导线温度瞬时升高（约达到 2400℃）,急剧发生形变烧损、崩断，释放出巨大能量和冲击波，将套管瓷套冲击损坏。由于油箱内部压力的骤然增大，压力释放阀泄压能力有限，油箱严重变形并在高压出线侧爆裂，变压器油遇空气后起火。
4、高抗故障防范措施
根据故障原因分析结果，提出如下整改建议及防范措施：
1、 对已投运高压电抗器在现场定期进行外部构件紧固，加强振动抑制，防止振动加剧。对未投运的设备，将单点压紧的结构改为多点压紧，有效抑制振动。
2、开展早期套管排查。对 2011 年以前的西瓷套管进行了排查，目前全省有疑似同种结构的套管共计12 只，其中 500kV 的 9 只的高压侧套管，220kV 的 3 只为中压侧套管。加强涉及西瓷套管的变压器、电抗器的运维和监测。以上套管涉及的变压器、电抗器已采取运维措施，加强了运行监视，每月两次红外测温和一次油中溶解气体离线检测。油中溶解气体在线监测装置必须保证正常工作，每天 2 次油中溶解气体分析且有专人查看。同时，每月进行一次与离线值的比对。
3、与相关厂家单位研究整改方案。通过测量和计算，拟采取更换均压球的方式对原均压球结构进行改进，同时对原套管尾部的过渡垫板、压紧弹簧及螺杆进行更换，增加均压球内悬挂隔板厚度，在腰形长孔端部增加 3mm 圆形凹槽。
5、结论
通过对高压电抗结构以及事故现场试验数据的分析，得出采用新式的均压球安装模式是一项有效措施。在弹簧作用下，4 个 M10 螺栓的螺栓头沉在内隔板定位凹槽内，将均压球与 4 个螺栓牢固的连接在一起，杜绝了电抗器振动时均压球或螺栓的松动，实现了均压球的锁死。从而有效预防了高压电抗的类似事故发生，促进了电网安全稳定运行。
参考文献：
[1] 包博，谢天喜，等.750 k V 高压电抗器笼式出线结构均压特性研究[J]． 电网技术，2011，35(5)：232-236．
[2] 王伟，韩金华，等.河南电网 500 k V 并联电抗器运行状况分析[J]． 高压电器，2009，45(4)：82-85．
作者简介:
陈 科（1980-），本科，变电技师，主要从事电力运行工作。
赵永来（1986-），硕士，变电高级工，主要从事电力运行工作。
论文作者:陈科,赵永来
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/8
标签：套管论文; 高压论文; 尾部论文; 电抗器论文; 油箱论文; 故障论文; 电场论文; 《电力设备》2018年第1期论文;