并联电抗器铁心接地电流过高的原因分析

● 国网湖南电力有限公司检修公司 伍艺佳 李学锋 肖 明

2018 年初，某500kV变电站进行全站设备带电检测时，发现某500kV线路A相电抗器铁心夹件接地电流值达到200mA以上，一星期后复测结果为116.5mA。本文以本次事件为例，探讨线路并联电抗器铁心接地电流的成因与影响电流大小的因素。

1 并联电抗器

1.1 并联电抗器的作用

并联电抗器是具有一定电感值的无功电气设备，在1.5倍额定电压及以下应基本为线性来吸收系统的容性无功，利用电感与电容反相的特点，用于补偿线路的电容性充电电流，抑制轻负荷线路末端电压的升高。并联电抗器还可以通过限制工频电压的升高，从而降低线路断路器开断时出现的操作过电压，保证线路的可靠运行。

1.2 线路的容升效应

超高压线路多采用分裂导线，线路输送距离长，输送功率大。线路的相间电容和对地电容均很大，并与线路的长度成正比。线路上容抗XC远大于感抗XL,在电源电动势E的作用下，产生的较大电容电流，在感性元件上转换的容性功率将高于感性功率。最终线路末端电压将会等于线路电源电动势E叠加容性电流流过感抗产生的ΔUC，高于首端电源电动势，在线路末端电压升高。

根据线路分布参数等值电路分析，空载无损线路上距开路的末端X处的电压为：

Ux——空载无损线路上距开路的末端X处的电压，Ε˙为系统电源电压，Z为线路波阻抗，XS为系统电源等值电抗；ω为电源角频率，ν为光速。

由公式（1）可知，线路上工频电压自首端起逐渐上升，沿线按余弦曲线分布。

当X=0时，代入公式得UX=U2cos αx。线路末端工频电压为最大，线路末端电压升高程度与线路长度有关。线路长度越长，线路末端工频电压上升得越厉害，末端电压将会越高于首端。

2 并联电抗器铁心一点接地

并联电抗器在运行或在进行高压试验时，铁心以及各个金属部件都处于强电场中的不同位置，由静电感应产生的电位也各不相同，铁心和各金属部件之间或对地接体产生电位差，一旦电位不同的金属部件之间形成断续的火花放电，将会使绝缘油分解，破坏固体绝缘。

为了避免上述情况发生，对铁心及其金属部件必须进行可靠接地且只允许单线接地。由于铁心硅钢片的空间间隙小，只需一点接地即相当于铁心全部叠片接地。铁心中如有两点或两点以上的接地，则接地点之间可能形成闭合回路，当有较大的磁通穿过时，就会在回路中感应出电动势并引出电流，当电流较大时，会引起局部过热故障，甚至烧坏铁心。

3 影响并联电抗器铁心接地电流大小的因素

为找出影响某线路高压电抗器铁心夹件接地电流的因素，下面对可能造成影响的因素进行分析。

3.1 线路负荷

某线为五强溪水电站至该变电站的一条500kV线路，笔者连续13天每日测量记录该线并联电抗器铁心夹件接地电流，与同一天线路负荷进行比对，如图1所示。

图1 500kV某线并联电抗器铁心夹件接地电流与负荷关系图

在保证每日测试方法正确，在测量仪器钳形电流表误差可忽略不计的情况下，根据图1可以清晰看出，无论当日负荷大小，测量数据基本无较大波动，A相铁心夹件接地电流虽然发生变化，但未能和线路负荷形成明显的正/负相关关系。可以得出：线路负荷对并联电抗器铁心接地电流影响较小的结论。

3.2 高压电抗器内部短路

本文通过长期连续监测数据以及查找文献理论支撑，结合实际，提出以下2种高压电抗器内部短路的看法。

（1）并联电抗器内部出现短路。高压电抗器长期运行电压为线路电压，当铁心发生两点接地及以上接地时，接地回路感应电压很大，形成电流较大，将会对电抗器造成严重后果。高压电抗器内部短路处附近温度升高，设备局部过热将会对电抗器油产生影响，使油的劣化加速，受热分解产生含碳气体。2018年4月11日变电试验中心对电抗器油样进行分析，检测结果显示A相油样内含碳气体含量在正常范围之内，且通过三相纵向对比，A相大部分油样溶解气体含量甚至优于C相。该线电抗器A相在天气晴朗的情况下测试所得接地电流均值在90～110mA左右，认为数据较为稳定，且油样测试正常，可以推定该线路电抗器内部铁心无明显两点接地。

（2）铁心接地引下线与夹件接地引下线之间在电抗器内部形成短接。由于电抗器A相夹件接地电流相对于B、C相同样偏大，而通过前文理论探讨认为电抗器内部铁心应无明显两点接地。推测可能在电抗器内部铁心接地引下线与夹件接地引下线之间形成短接，在线圈漏磁通作用下产生环流，与铁心正常运行时产生的接地电流叠加，通过接地引下线引出，最后由运行人员测得叠加后的较大数值。环流同样影响了夹件接地电流的大小，最终导致夹件接地电流测试结果也偏大。对于这种情况，可以在电抗器外部接地引下线上装设限流电阻，降低接地电流的大小，以减少因接地电流过大在电抗器内部造成温度过高，进一步导致内部放电的可能性，保证电抗器继续稳定运行。

3.3 线路导线

某500kV线路全长175.26km，多从山区、河道上方通过，湿度较大。线路四分裂远距离输送，线路相间、对地电容均较大，并联电抗器在高压下满载运行。

前文图1所记录铁心夹件接地电流数据为2018年2月测量获得，数值较为稳定，其中第六组数据A相铁心接地电流最高，达到126mA。图2所示数据为2018年1月某线融冰前后几天铁心接地电流数据。1月正值湖南严冬天气，该线因线路结冰严重，先后执行2次直流融冰操作，1月25至26日为某线第二次融冰操作时间。

冰情严重时，线路覆冰不仅改变了线路相间电容间距，也改变了线间电容的介质特性。由图2可以明显看出，该线路A相铁心接地电流在第二次融冰前夕24日时达到1月最高值306mA，此时在某线线路上形成4倍于线路线径的覆冰。26日完成融冰操作后，铁心接地电流有较明显下降，之后由于天气原因该线再次覆冰，铁心夹件接地电流大小出现反复。28日后气温回升数据逐步呈现稳定趋势，两次测得数据平均值为184mA。

图2 500kV某线融冰前后电抗器铁心夹件接地电流

因此，认为形成覆冰的雨水、雪水中含有杂质，覆冰成为导体。随着该线路覆冰厚度增大，线间电容介质特性改变，分裂导线之间几何均距缩短，导线的有效半径增大，线间电容增大，线路电容性电流将进一步增大，线路容升效应明显，电抗器调压压力增大，设备内部负担增重，最终影响了铁心接地电流大小。

3.4 其他因素

（1）铁心接地引下线连接及测量方法不规范。根据规定，在电抗器A相接地引下线进行接地电流测试，接地引下线应无松动、锈蚀、无断裂迹象。变电站内历次测试位置相对固定，选择电抗器下部第二个支撑绝缘套管下方测量，测量时将仪表钳口以接地引下线为轴左右、上下移动，仪表观察数值变化不大。由此可断定该线并联电抗器A相接地电流异常与铁心接地引下线连接无关。

（2）设备老化。该线路并联电抗器A相为2003年投产，运行时间较长，由于并联电抗器对线路作用重要，电抗器基本为满负荷运载，设备老化情况更为严重。今年5月对A相电抗器进行铁心夹件接地电流测试时，钳形电流表显示铁心接地电流数据始终波动无法稳定且波动范围较大，在85～104mA之间。基于运行情况，认为A相内部可能因老化存在部件轻微松动，影响铁心接地电流大小。

4 结束语

本文通过采集大量实际数据，请教专业人士，结合参考文献，对某线路高压电抗器铁心接地电流过高从线路负荷、高抗内部短路、线路截面积、线路工作环境温湿度以及设备老化等几方面着手，对铁心接地电流过高进行理论解释。最终认为线路截面积、线路所处的工作环境、设备老化、铁心与夹件的接地引下线间短接会对高压电抗器铁心接地电流造成影响。