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摘要：为保障电抗器安全稳定运行，文章以某变电站工程为例，详细分析了干式空心电抗器接地体异常发热的原因以及解决方案，并总结出无功补偿装置设计和安装建议及注意事项，实际运行结果表明该措施有效，可为该类电抗器异常发热现象提供有益的经验借鉴。
关键词：电抗器；红外测温；发热；漏磁
电抗器作为一种重要的电力设备，在电网中起着限制短路、抑制谐波、调整电压及改善无功等一系列重要作用。而干式空心电抗器具有损耗小、噪音低、维护简便、电抗值线性度好、设计寿命长等优点，在电网中的应用越来越广泛。但由于该电抗器的物理性质和特殊的结构形式决定，其过热故障也时有发生，会对电抗器的参数造成一定程度的影响，影响电抗器的正常运行。为改善电抗器运行的安全稳定性，不但需要认真搞好电抗器本体的设计制造工作，还需要切实提高该类设备的状态监测与状态检修水平。
1 某例电抗器接地排异常发热现象
某220kV变电站10kV无功补偿装置干式空心电抗器采用叠装结构，产品型号为CKGKL-320/10-12。在电抗器两侧各有一根接地排从支撑绝缘子地脚引出与网门连接后入地。设备投运后，专业巡视人员红外测温过程中发现该电抗器两侧引出的接地排均异常发热，红外热像图如图1所示。
2 导常发热原因分析
保证电力设备安全，最基本、最重要、最有效的手段之一是进行问题分析，找出故障的发生原因，采取有效防范措施。图1中接地排最热点温度为59.2℃，位于接地排中段。停运电抗器对接地排、接地螺栓的导磁性及外观进行检查，发现该变电站电抗器组接地排与网门相连后再入地，所用材料为80mm×10mm的扁钢，属铁磁材料，如图2所示；所有连接接地排的螺栓选用的是热镀锌螺栓，也是铁磁性材料。
根据红外测温结果及现场检查情况，对该组电抗器发热分析如下：因为干式空心电抗器周围的漏磁场非常大，在电抗器轴向、径向都可能因金属体构成闭环而造成严重的漏磁问题，对电抗器本体及周围环境造成严重的影响。若是径向位置有闭环，将使电抗器绕组过热或局部过热；若是轴向位置存在闭环，将使电抗器电流增大和电位分布改变；同时强磁场中闭环回路也因产生涡流、环流而发热。该电抗器接地扁铁平放，垂直于电抗器的磁力线，故磁力线穿透面积较大，易产生涡流。根据红外热像图所示，接地排最热点位于电抗器外围，该截面处电流密度大，磁场强度相对较高，使用的材料又为高导磁材料，所以该处温度最高。而其他固定接地网的连接点也由于使用了热镀锌螺栓，因涡流发热而使温度有所升高。
因此，可以判断电抗器底部接地排发热是由于高导磁的铁磁材料在强磁场下产生的涡流引起的发热。
3 涡流发热与磁导率和电导率的关系
建立如图3所示的圆柱体涡流发热体模型，交变频率为f的磁场垂直穿过圆柱发热体圆截面。
由式（1）可见，涡流的热功率与磁场交变频率f，磁导率μ的平方及磁场强度H成正比，与发热体的电阻率ρ成反比。要获得较大的功率输出，就需要较高频率的交变磁场，较大的磁场强度，发热体的磁导率要大，发热体的电阻率要小。因此，非导磁性材料不能有效汇聚磁力线，几乎不能形成涡流（就像一个普通变压器如果没有硅钢片铁芯，而只有2个绕组是不能有效传递能量的），基本上不发热；电导率越低，磁导率越高的铁磁材料涡流发热越为严重。
4 解决方案
根据发热原因分析，结合涡流发热模型理论，对该组电抗器采取以下处理措施：将电抗器的整个开环接地网及引到网门处的接地扁铁换成80mm×10mm的铜排接地线（磁导率为0.9999）；将各连接点高导磁的热镀锌螺栓换成导磁性相对低的不锈钢螺栓。
更换后，对接地排及固定螺栓再次进行红外测温，温度为35℃，下降幅度明显，与正常设备温度相近，进而验证发热原因分析及处理措施的合理性。
5 电抗器升高座设计
查阅相关标准规范，为了避免环流，工程设计上要求电抗器下的地基及正上方不应有构成闭合环路的金属构件，如图4所示电抗器基座对半短接各一点接地，距离电抗器中心1.1D（D为电抗器外径）不得有构成闭合环路的金属构件（网门全部或部分采用环氧树脂绝缘材料实现开路）。为了避免涡流，在距电抗器中心距离不小于1.1D，电抗器上、下空间距离不小于0.5D的范围内不应有铁磁物。
为了避免本案例中电抗器接地排异常发热现象的发生，设计采用电抗器升高座，电抗器地脚处的接地线直接入地，不再外露与网门连接后再入地，这样可有效避开电抗器的高磁场区域。
图4电抗器支撑绝缘子地脚两点接地
6避免发热缺陷的注意事项
为了避免干式空心电抗器磁场造成周边铁磁材料环流或涡流异常发热现象的发生，在无功补偿装置设计、现场施工、设备交接验收及运行维护时应注意以下几点。
a）干式空心电抗器下部的接地排或者直接入地，或者选用铜质的接地线与网门相连后再入地。
b）网门应距离电抗器中心线1.1D之外，且尽量采用环氧树脂材料或不锈钢材料。
c）电抗器有效磁场范围内不应有铸铁螺栓、锌粉涂层等铁磁物。
d）红外测温技术是检测运行设备及周边附属设施发热情况的有效手段。
7结论
总之，对于电网设备故障，有效的预防以及故障发生时快速准确的故障数据分析和故障的定位，可以大大减少故障处理的时间，即可以节省人力和物力，又可以减少因为故障而造成的经济损失及恶劣的社会影响。在此类电抗器异常发热故障处理中，设备下部的开环接地网材料应更换为低导磁的铜材接地排后，同时，在设备装置设计、安装施工时应注意入地方式、网门材料等问题。
参考文献：
[1]欧勇，尹青，范镇南等.某变电站电抗器过热故障的分析[J].变压器，2013，50（7）：74-75.
[2]章家其，洪卫华.红外热像检测在干式电抗器过热故障中的应用[J].安徽电力，2014（3）：40-41.
论文作者:邢天波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：电抗器论文; 涡流论文; 测温论文; 螺栓论文; 磁导率论文; 材料论文; 磁场论文; 《电力设备》2017年第8期论文;