干式空心电抗器接地排发热缺陷的分析与处理

贾 婷，杨 晟，李 娜

(1.天津大学,天津 300000；2.国网太原供电公司，山西太原 032300；3.国网山西省电力公司，山西太原 030001）

干式空心电抗器接地排发热缺陷的分析与处理

贾 婷1，杨 晟2，李 娜3

(1.天津大学,天津 300000；2.国网太原供电公司，山西太原 032300；3.国网山西省电力公司，山西太原 030001）

指出无功补偿装置中干式空心电抗器漏磁通对周围铁磁材料的影响，红外测温是检测周围铁磁材料发热的重要手段。以一起干式空心电抗器接地排发热为例，进行分析和处理，总结出无功补偿装置设计和安装建议及注意事项，为运行维护人员迅速判断此类缺陷及采取正确消缺措施提供依据，从而避免事故的发生，保障电力系统的安全稳定运行。

干式空心电抗器；接地排；红外测温

0 引言

在电力系统无功补偿装置中，串联电抗器的作用是限制涌流，并可抑制、吸收高次谐波电流。干式空心电抗器因具有起始电压分布均匀、无液体介质（不产生渗漏）、结构简单、线性好、噪音小、抗短路能力强、价格便宜等优点而得到广泛采用；但由于电抗器的物理性质和特殊的结构形式决定了电抗器运行时，在其周围将产生比较强烈的磁场，处于磁场范围内的导磁材料若形成闭合回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。由于电磁环流和涡流的存在，不仅使材料局部发热产生高温，也会使电抗器有功损耗增加；同时也改变了电抗器磁场的发布，并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[1,2]。

1 某例电抗器接地排发热现象

某220 kV变电站10 kV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发热，红外热像图如图1所示。

图1 电抗器一侧接地排红外热像图

2 发热原因分析

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80 mm×10 mm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。

图2 变电站电抗器外露接地排

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。

图3 电磁涡流发热模型

电磁涡流发热功率公式为[3,4]

式中：ρ——电阻率；

F——交变磁场频率；

Μ——发热体的磁导率；

H——穿过发热体表面平均磁场强度；

D——发热体直径；

H——发热体厚度。

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 处理措施

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×10 mm的铜排接地线（磁导率为0.999 9）；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1.1 D（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1.1 D，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[5-7]。

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1.1 D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

由于干式空心电抗器磁场的影响，会使电抗器周围的铁磁材料产生涡流而发热。因此，干式空心电抗器下部的开环接地网材料不能采用高导磁的扁钢，将其更换为低导磁的铜材接地排后，可大大减小漏磁引起的发热。在设备装置设计、安装施工时应注意入地方式、网门材料等几个细节问题。实践证明，这些措施对消除无功补偿装置中干式空心电抗器周边设施材料发热有效可行。

[1]耿佳泉.空心电抗器的磁场影响及保护接地 [J].天津电力技术，2011，1:43-46.

[2]阮传金，王诚.干式空心电抗器接地引下线异常发热的原因分析及处理 [J].电网无功补偿技术及装置，2009，32(24):312-314.

[3]张玉民， 戚伯云.电磁学 [M].合肥：中国科技大学出版社，2008:379-383.

[4]王攀，王龙刚.电磁涡流发热功率影响因素分析 [J].西北大学学报，2011，9(2):1-4.

[5]汪泉弟.干式空心电抗器周围工频磁场分布 [J].电工技术学报，2009，01:51-52.

[6]吴茂乾.66 kV干式空心电抗器接地扁铁发热分析及处理[J].电力与能源，2013，34(4):415-417.

[7]刘彬，韦明邑.低压电抗器接地扁铁过热问题分析及改进[J].广西电力，2010，04:38-41.

Analysis and Treatment on Heating Defect of Dry Hollow Reactor Grounding Bar

JIA Ting1，YANG Sheng2,LINa3

（1.Tianjin University,Tianjin 300000，China；2.State Grid Taiyuan Power Supply Company,Taiyuan,Shanxi 032300; 3.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

Infrared temperaturemeasurement is an importantmeans of detecting ferromagneticmaterial around.Taking a heating failure of a dry hollow reactor grounding bar as an example,after treating and analyzing,suggestions for the design and installation of reactive power compensators are summarized,which provides references for the operators to determine the defects quickly and adopt measurescorrectly so as toavoid accidentsand guarantee the safe and stableoperation ofpowersystem.

dry hollow reactor;groundingbar;infrared temperaturemeasurement

TM473

B

1671-0320（2016）03-0013-03

2016-03-04，

2016-03-28

贾 婷（1994），女，山西太原人，2013级天津大学电气工程及其自动化专业在读；

杨 晟（1985），男，山西孝义人，2010年毕业于山东大学电气工程及其自动化专业，硕士研究生，工程师，从事电力系统变电设备状态评价工作；

李 娜（1977），女，山西临汾人，2001年毕业于太原理工大学电气工程及自动化专业，工程师，从事电力系统运营监测（控）管理工作。