铁芯多点接地致35 kV并联电抗器过热故障分析

黄祖荣，陈玮光，王睿宣

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 211102)

0 引言

并联电抗器是超高压电网普遍采用的重要电气设备之一。超高压输电线路一般距离较长，由于“容升”现象会使线路末端电压升高，需使用并联电抗器对线路的容性无功进行补偿。

目前，500 kV变电站较多采用低压侧装设油浸式并联电抗器(简称“低抗”)的方案进行无功补偿。正常运行中的低抗铁芯只允许1点接地，然而铁芯多点接地故障目前已成为变压器(包括电抗器)的频发故障之一。据统计，多点接地故障已占到变压器总事故的30 %—50 %，严重威胁着低抗及系统的安全稳定运行。

1 低抗故障简介

某500 kV变电站35 kV 1号主变2号低抗于2016-09-27投运。投运后，油色谱分析发现总烃数据增长较快，主要成分为甲烷，未出现乙炔。同年10月8日对电抗器进行油色谱分析，发现2号绝缘油中总烃增长到83.7 μL/L，于是加强了对该电抗器的油色谱监测。电抗器油色谱试验数据如表1所示。

根据油色谱试验结果可知，总烃呈现加速增长趋势，10月8—12日总烃绝对产气率达到179.25 mL/d，严重超过 12 mL/d 的注意值。利用10月12日数据进行三比值法分析编码组合为：0-2-0，判断低抗出现内部低温过热故障。

该低抗于10月12日下午转为热备用，10月15日退出运行，对其进行诊断性电气试验检查。发现铁芯和夹件间绝缘电阻为0，相关测量结果如表2所示。从测量结果可以看出，铁芯和夹件对地绝缘良好，但铁芯和夹件之间发生短路。由于该低抗铁芯和夹件分别从本体引出接入地网，将铁芯和夹件接地点拆开后两者之间不应再有连接点，因此初步判断为低抗内部铁芯和夹件发生短路，导致铁芯运行中发生多点接地。

表1 电抗器油色谱试验数据 μL/L

表2 铁芯和夹件对地、铁芯对夹件绝缘电阻 MΩ

2 铁芯多点接地分析

变压器或电抗器铁芯必须接地，否则会产生寄生电位，如图1所示。高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地(电抗器油箱)之间都存在着寄生电容，带电绕组通过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生悬浮电位。当不同金属构件之间的悬浮电位差达到能够击穿其间的绝缘时，即产生火花放电，损坏固体绝缘，导致事故发生。因此需将铁芯直接接地，使铁芯与大地之间的寄生电容被短接，铁芯处于零电位。

图1 寄生电容分布

需要说明的是，在额定激磁电压下，铁芯片间存在一定的电位差，如图2所示，当铁芯2点接地时，相当于2个铁芯片间通过接地点短路。显然，铁芯2个接地点间就会形成闭合回路，造成环流;环流有时可高达数十安。该电流会引起局部过热，导致油分解，产生可燃性气体，还可能使接地片熔断，或烧坏铁芯，导致铁芯电位悬浮，产生放电。因此，铁芯只能1点接地。

图2 铁芯2点接地

故障低抗铁芯和夹件分别从本体引出接地，而铁芯与夹件在电抗器内部发生短路必然导致铁芯通过夹件接入地网，运行中的铁芯2个接地点间形成闭合回路，产生环流，从而引起低抗内部过热，导致油分解后总烃快速增长。

3 故障低抗解体分析

对故障低抗进行返厂解体检查，吊起电抗器油箱箱盖后，油箱内有焦糊味，从图3可以看出，上铁轭上表面附着少量游离碳及金属颗粒。

图3 上铁轭上表面附着少量游离碳及金属颗粒

吊出电抗器器身后，发现上铁轭下表面三相均存在大面积烧蚀、碳化痕迹，如图4所示。

图4 上铁轭下表面烧蚀、碳化痕迹

打开夹件夹盘后，发现三相芯柱均存在较多金属颗粒，其中B相芯柱金属颗粒较多、较大，形似螺纹螺牙掉落(见图5)。

为进一步检查电抗器的故障程度，分步骤将电抗器上部压架拆除，并随时检测铁芯压紧螺杆对上铁轭绝缘电阻的变化。拆压架前，测得压紧螺杆对上铁轭绝缘电阻值为0，说明其间存在短路。拆除A相压架后，压紧螺杆对上铁轭绝缘电阻依然为0；但拆除B相压架后，压紧螺杆对铁轭绝缘电阻为11 000 MΩ，绝缘恢复良好，充分说明压紧螺杆对上铁轭形成不稳定导通回路，使其绝缘阻值随着拆除压紧装置的过程而变化。

图5 三相芯柱金属颗粒

拆除夹件后，将电抗器上铁轭吊起，发现三相芯柱上端铁饼和铁轭间的绝缘纸气隙垫板出现烧毁、碳化现象，如图6和图7所示。靠近上铁轭部位烧损严重，说明过热源来自上铁轭。

图6 上铁轭下表面绝缘纸气隙垫板烧毁、碳化情况

图7 三相芯柱上端绝缘纸气隙垫板烧损情况

观察上铁轭发现，上铁轭三相芯柱孔洞内存在大量金属颗粒物。金属颗粒物产生的可能原因如下：

(1) 电抗器各部件安装时清洁工作不到位；

(2) 夹件拉杆材料选择不合理，螺纹脱落产生金属颗粒。

综合分析电抗器解体情况和电气试验检查结果可知，电抗器内存在大量金属颗粒物，在运行过程中，这些金属颗粒物在电磁场和振动作用下发生位移，造成上铁轭铁芯与夹件中心压紧螺杆短接，使铁芯与夹件之间绝缘电阻为0，上铁轭铁芯2点接地，形成环流，导致上铁轭出现局部过热。随着运行时间的增加，上铁轭中部端面发生局部过热的范围扩大，进而烧坏上铁轭和铁饼之间的气隙绝缘垫板，使电抗器中的绝缘油色谱总烃增长明显。油色谱分析中未检测出乙炔，说明没有电弧性放电。

4 处理措施

(1) 更换上铁轭与压板，使用变压器油冲洗铁芯与线圈，更换受损绝缘件，并重新装配。

(2) 重点检查装配后的铁芯接地系统，消除铁芯环流。

(3) 对组装完成的产品再进行出厂试验和温升试验，并在试验前后进行油色谱分析，以彻底排除产品的故障隐患。

(4) 在出厂和交接试验中，需加入铁芯及夹件间的绝缘电阻测量项目。

5 结束语

针对一起35 kV低压并联电抗器铁芯多点接地故障，通过对低抗进行油中溶解气体分析、电气试验及解体检查，分析了低抗故障具体原因，并提出了处理措施。根据分析结果，对此类问题给出2点建议：

（1）在电抗器生产中，需加强对铁芯剪切、叠装、组装、检验等流程的质量管控，杜绝此类故障的发生；

（2）综合分析油化、电气试验数据判断故障类型及位置，可显著提高解体检查的效率。