几起35KV并联电抗器跳闸事故的故障分析及预防

戴喜明 李光 莫贯楠 刘佳铭 卢屹磊 靳儒昌 王克

摘要：对超高压远距离输电线路而言，空载或轻载时线路电容的充电功率是很大的，通常充电功率随电压的平方面急剧增加，巨大的充电功率除引起上述工频电压升高现象之外，还将增大线路的功率和电能损耗以及引起自励磁，同期困难等问题。装设并联电抗器可以补偿这部分充电功率，从而通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压以达到改善电力系统无功功率的运行状况。本文针对近年来几起35kV并联电抗器发生故障进行深入分析，探究事故发生原因，提出了有关制造工艺及运行维护中预防措施，提高35kV并联电抗器稳定运行能力。

关键词：并联电抗器；击穿放电；发热

一、故障发生简要情况

2018年4月22日22时50分54秒，某500kV变电站35kV#6电抗器3834开关跳闸，过流2段保护动作，动作电流1.67A。专业人员现场检查发现35kV#6电抗器B相顶部调匝环与本体连接处引线熔断，调匝环及附近包封有烧损痕迹，电抗器第6-8包封（从内向外）有熏黑痕迹。5月8日在厂家对故障电抗器进行解体检查，发现第7包封内外侧有贯穿放电痕迹，上部靠近汇流排部分有15cm左右包封烧损严重，判断电抗器首先发生匝间短路，着火后造成上下贯穿放电，电抗器跳闸。

二、电抗器发生故障情况

以上发生故障的电抗器均，型号BKGKL-20000/35。故障后现场检查发现电抗器顶部调匝环烧黑、调匝环引线有烧断现象、调匝环树脂层部分烧损严重，顶部防雨罩有熏黑痕迹。检查电抗器顶部由外至内6-8（故障1）包封有放电烧损痕迹，内包封烧伤严重，部分撑条已开裂，其对应底部也有烧损痕迹，电抗器运行期间电流无异常。现场进行电抗器高压试验，直流电阻、绝缘电阻、电抗值测定，试验值均合格。

故障电抗器返厂检查发现：1. 除故障包封外各包封没有绝缘老化变色痕迹，包封线匝排列紧密，匝间绝缘无缺陷。2. 各包封气道中有少量纱毛、纱头等，不影响设备运行。3. 各层包封与汇流排连接引线完好，故障部位上部调匝环引线烧断。4. 检查故障中电抗器7包封、故障中电抗器9包封两侧有贯穿性放电痕迹，故障1中电抗器7包封、故障2中电抗器9包封有700mm长，200mm宽放电点，放电位置距顶部150mm，左右包封烧损严重，导线、绝缘材料已经融化对应上部汇流排和下部汇流排处有明显放电痕迹，对应故障位置包封从上到下，颜色从深到浅，有明显的过热痕迹，故障位置包封开裂。

同时，专业人员对同批次电抗器调匝环进行精确红外测温。调匝环温度较其他部位温度差别不大，无明显异常。

三、故障原因分析

根据入厂解体检查情况分析，此电抗器故障为上部汇流排下方烧毁最严重的贯穿洞处绝缘损坏而发生匝间短路，使其匝间绕组电流增大而发热，并烧毁绕组外部缠绕的聚酯膜、玻璃纤维和环氧树脂绝缘介质。燃烧产生的热溶物向外扩散，同时向下飘落，造成上下星臂间发生贯穿性放电，过电流保护动作使开关跳闸。

匝间短路原因分析：

1. 结合故障电抗器的故障现场检查、厂内解体分析。

1）故障点位于调匝环及汇流排正下方，距电抗器顶部150mm左右，电抗顶部约150mm为环氧胶、玻璃丝等固化物，没有导线；

2）调匝环汇流线已烧断，绝缘均破坏烧熔；

3）故障现象为上下汇流排之间贯穿放电；

4）故障发生在电抗器投运2h后；

结合现场解体情况，分析原因有以下几点：

1）调匝环工艺和材质不佳。电抗器包封层本体采用高温固化工艺，本体包封层由玻璃丝浸胶先缠绕一层，再缠绕线圈，然后在线圈外层由玻璃丝浸胶再缠绕一层，同时缠绕一层玻璃布并刷胶，各层缠绕都由机器绕制完成，所用的环氧胶必须经过高温固化，所以本体绕制完成后要运入高温炉内进行高温固化。

本体包封固化完成后根据实验情况为平衡各包封层电流加装调整环，调匝环制作由工作人员在电抗器上手工绕制线圈，线圈外部用玻璃布浸胶后人工进行包绕，所用环氧胶常温即可固化（如果对调匝环高温固化，则本体就要二次经受高温，影响本体绝缘，所以调匝环采用了常温固化），常温固化绝缘强度较高温固化要低。

（2）调匝环在设计上存在易受过电压冲击的问题。故障电抗器调匝环位于电抗器上方，是进线的前几匝，易受到电网过电压的冲击，调匝环成为整个电抗器的绝缘薄弱点，由于调匝环在电抗器的上部，在生产及运输过程中易受外力损伤。

（3）调匝环工作环境温度高。调匝环位于电抗器顶部，运行电抗器产生的热流上升，聚集于顶部，使得调匝环的工作环境温度较高，绝缘易老化。

（4）电抗器震动使调匝环受损。运行电抗器的震动极易使调匝环与固定铝排产生摩擦，破坏调匝环外绝缘；另外包封汇流线与汇流排或调匝环的连接均为焊接，运行中长期振动存在松动造成接触不良可能容易造成电抗器包封引线断线，从而改变包封内的电压及电流分布。

综上所述，调匝环是电抗器絕缘薄弱点，调匝环运行后内部导线局部绝缘降低最终导致匝间短路，是此次电抗器故障的起因。调匝环发生匝间短路后形成较大环流，造成导线过热引起燃烧，甚至烧熔，融化掉落至层间，引起层间、匝间短路，贯穿放电（因电抗器顶部150mm为环氧胶、玻璃丝等固化物，所以这两起故障均发生在顶部150mm以下位置）。

根据此厂家生产的电抗器近几年发生的缺陷，发现大部分与各包封的电流分配以及调匝环有关，暴露出电抗器生产中调匝环工艺处理方面存在缺陷。

四、改进措施

1. 需加强电抗器制造工艺控制，绕线过程中加大对电抗器绝缘层检验力度，加强工艺过程的可追溯性，修整过程中加大电抗器气道内部的清理，保证电抗器气道内没有纱毛、纱头等。对电抗器顶部调匝环进行位置调整，同时加强调匝环汇流线焊接质量管控，确保焊接牢固。对电抗器发货前对各个气道再次进行检查，保证内部没有异物。据调研，北京电力设备总厂、中扬电抗器厂等厂目前在工艺上能在绕制阶段完成电抗各层电流调平，不需加装调匝环，合容厂家应提高工艺控制，避免使用调匝环。

2. 目前特高压电抗器和其他要求较高的电抗器采用了换位导线进行绕线，各层绕线过程中电抗不会产生太大的偏差，绕制完成后不用调匝环调整，对电抗器整体性能有很大提高。

（作者单位：国网河北检修公司）