摘要：空心电抗器具有损耗小、参数稳定、线性特性好、 噪音低、 防火性能优越及设计寿命长等优点，短短十几年在电力系统中得到广泛应用。虽然没有铁心，但由于它的特殊结构使其周围存在着较为强烈的交变磁场，在磁场的作用下，有影响区域内的铁磁物将产生涡流，闭合金属环将产生环流，使金属发热，造成附加损耗。附加损耗既不经济，同时也改变了电抗器的磁场分布，并影响到电抗器的工作特性。本文主要是针对220kV春城变电站10kV电抗器接地体发热进行的分析，并提出了接地体的改善措施。
关键词：空心电抗器；涡流损耗；接地体
Summary：Hollow reactor has low loss，parameter stability，good linearity，low noise，excellent fire performance and long design life，etc.Just ten years has been widely used in the power system.Although there is no core，because of its special structure makes it more intense around the existence of an alternating magnetic field，Under the influence of a magnetic field，ferromagnetic material influence in the region will generate eddy currents，closed metal ring will produce circulation，heating the metal，resulting in additional losses.Additional loss uneconomical，but also changed the magnetic field distribution of the reactor，and affect the operating characteristics of the reactor.This article is a simple analysis of heat 220kV substation 10kV Spring reactors grounding，and proposed improvement measures.
Keyword：Core Reactor；Eddy current loss；Grounding
一．前言
电抗器的结构形式决定了电抗器运行时将在其周围产生比较强烈的磁场[1]，因此处于一定区域范围内的闭合环路将产生一定数值的环流，处于变化磁场内的导体也会产生涡流。环流和涡流的存在，将使损耗增加，同时也改变了电抗器磁场的分布，并对电抗器的接地体造成一定程度的影响，为此，要采取相应的措施改善。
二．空心电抗器
2.1空心电抗器的作用
2.1.1限制短路电流。在大容量的发电厂和电力系统中，短路电流可能达到很大的数值，以致必须选用重型设备，甚至无法选用设备，当系统中采用了限流电抗器后，是短路电流减少，从而选用轻型设备和截面积较小的母线和电缆[2]。
2.1.2保持母线具有较高的参与电压。当母线与母线之间、母线的出线装有限流电抗器时，若相邻母线或母线出线的电抗器线路侧发生短路，而非故障的母线上保持一定的残余电压，使非故障母线上的设备仍能运行，从而提高了系统的稳定性。
2.2空心电抗器接地体
图1 电抗器的接地体
电抗器的接地体属于保护接地，主要的作用为了保护人和设备的安全运行，在用电设备的末端外壳做重复接地。当设备绝缘体被击穿时，电流可迅速通过重复接地线流入大地。起到保护人和设备的安全，避免事故扩大化。
三.案例分析
3.1事故经过
2015年4月10日凌晨0点32分，春城巡维中心人员在执行10kV大电流设备间隔红外测温的时候发现，10kV #1变低电抗器接地体发热严重，其中A相温度达到了100.0℃，B相96.8℃，C相87.5℃，当时该设备所对应的负荷电流为2400A左右。值班人员发现该设备发热现象后，立即对10kV #2变低电抗器接地体开展红外测温。在进行简单的对比分析后发现，与10kV #1变低电抗器接地体的温差达到了55K，相对温差达到了73.3%。当值人员立即将设备情况和对比分析结果按照流程上报，并按照缺陷定义等级上报重大缺陷处理。2015年4月15日，在各部门、各专业班组的协调配合下，结合#1主变停电机会，对10kV #1变低电抗器接地体严重发热问题进行消缺，将该接地体由原来的圆铁更换为了铜排。
3.2原因与分析
3.2.1空心电抗器由于没有铁心，因此在线圈上 、下及周围空间存在较强的交变磁场。在磁场的作用下，有影响区域内的闭合金属（包括铜、铁等材质的金属）环路会产生环流，造成附加损耗及金属发热。铁磁物会产生涡流[3]，在磁场的作用下螺栓等铁磁物产生涡流，因此螺栓并包括支柱绝缘子上下底座、过渡支座应采用无磁性材质的金属。
3.2.2现场空心电抗器的接地体本身虽然有断口，没有闭合，但由于设计要求采用了两点保护接地方式，也会构成闭合环路而产生环流，造成接地体发热。空心电抗器产生的磁力线是从电抗器线圈的内一上一外一下一内的空间闭合而构成。
图2 电抗器磁力线
磁路（见图2），当磁力线穿过基础内闭合的钢筋环（水平钢筋环路和垂直钢筋环路）平面时，使每一闭合的钢筋环均产生环流。钢筋断环断开的是电流环路而不是磁路，要断开电流回路，可以采用高强度漆包线或绝缘材质隔离绑扎闭合钢筋环的搭接处达到切断环流的目的。
3.2.3现场空心电抗器线圈下部与基础的距离小于0.5倍的电抗器线圈外径，不满足现在设计一般要求，使基础部分的接地体处于电抗器的磁场受影响区域强范围内，从而导致接地体产生涡流和环流，改造后在电抗器线圈下面增加了过渡支座，加大了电抗器线圈下部与基础的距离，已满足了 0.5D 的距离要求。
3.2.4设备日常运维工作及管理过程中存在漏洞，导致设备隐患长时间未及时发现。通过此次缺陷进行深入剖析可知，该电抗器接地体的发热情况应该是长期存在的，且发热温度与设备负荷情况成正比关系。班组在日常红外测温工作中，未关注到电抗器接地体可能存在发热的情况，且对该设备的红外测温时间段选择不合适，导致对该电抗器接地体红外测温不到位，未能及时发现该隐患。
四.空心电抗器接地体的改善
空心电抗器线圈周围存在着交变磁场，采用两点保护接地就必然会构成闭合金属环路而产生环流。要想从断开磁路来解决问题是不可能的，因为没有磁路可断开，如果切断电流环路又回到了“一点”接地。为此，如何使闭合金属环路中的感应电流不流动，下面试述解决的方法。
4.1 接地体“ S”字形布置
图3 电抗器的“S”形接地体
每相六只（双数）支拄绝缘子，接地体呈“ S ”字形布置三相电抗器，支柱绝缘子的接地体在传统的环形布置的基础上，改变环形中部连接方式，每相接地体呈 “ S ”字形 布置。从图3中可看出每相支柱绝缘子间的接地体，与接地引线、主接地网各自构成一闭合回路。每相上、下各3 只支柱绝缘子之间的接地线布置对称，受磁力线的作用相同，产生的感应电流大小相等、方向相同（设 A 相顺时针方向、B 、C 相逆时针方向）。但由于采用了斜线扁钢连接上 、下两部分支柱绝缘子之间的接地体，如图 3所示改变了电流的方向，使每相上、下两部分支柱绝缘子之间的接地体产生大小相等、方向相反的电流。因此每相接地线环路中电流相抵消，没有电流流动，没有了环流就消除了接地线的发热及损耗。
4.2接地体“Y”字形布置
图4 电抗器的“Y”形接地体
图4是一相空心电抗器，三只支柱绝缘子，接地体采用“Y”形布置，其周围磁场分布的情况。“Y”形布置的接地线以电抗器线圈圆心为中心，假设将电抗器的磁力线分成三等份。在每一等份周围的金属环内，包括了电抗器三分之一的磁力线，其中部分磁力线向下穿过金属环的平面，又从同一金属环的平面向上穿出。“磁力线总是闭合的，不能中断”，根据磁场高斯定律“任何磁场中通过任意封闭曲面的磁通量等于零”。因此磁力线穿入等于穿出，磁通之和等于零，其金属环中没有环流流动[5]。如图5所示，每相三只支柱绝缘子的接地线按“Y字形”布置。从图4中可看出：穿出和穿入的磁力线相等，因此每个金属环内均没有环流流动。
五．整改措施
5.1在班组内开展电抗器专项培训，并针对电抗器接地体发热现象及原理进行分析，对电抗器运维相关要求进行重点培训，确保班组全体人员均能掌握其原理及运维方法。
5.2调整红外测温工作时间段，尽可能选择在负荷高峰时段的夜间开展，提高测温效果，确保及时发现设备隐患。
5.3加强所有设备接地体，特别是主变变低电抗器和电容电抗器接地体的日常巡视及红外测温，消除运维死角。
5.4做好验收把关，对新安装或改造的电抗器，要求其接地体采用非铁磁材料（例如铜、铝等材料），避免使用铁磁材料（例如铁、钢等材料），且电抗器线圈下部与基础的距离不小于0.5倍的电抗器线圈外径的设计规范要求。
六．结论
电抗器的运检及维护水平，对其运行的安全稳定性有着举足轻重的影响。，特别是切实做好红外测温工作，有助于防止此类设备过热故障，进而提高变电站设备乃至电网的运行的安全性与稳定性。
参考文献：
[1]李树田.干式空心电抗器的作用和使用寿命[J] .电气开关，2006，44（3）：52-54.
[2]刘海莹，魏宾.干式空心电抗器的运行分析及故障处理[J] . 高压电器，2004，47（3）：239-240.
[3]孙凤森.静止型SVC 用干式空心电抗器故障分析与排除[J] . 电气时代，2008，28（2）：100-101.
[4]赵海翔.干式空心电抗器磁场对空间闭合环路影响的研究 [J] ．电网技术，2000（02）.
[5]付炜平，赵京武，霍春燕. 一起 35 kV 干式电抗器故障原因分析[J] . 电力电容器与无功补偿，2011，32（1）：59-62.
论文作者:王成玲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/1
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