一起35 kV干式电抗器匝间短路故障分析

苏基潭

（宝钢湛江钢铁有限公司，广东湛江 524000）

引言

SVC 静态无功补偿装置，用于补偿抑制因电弧炉、轧钢机等冲击性负荷生产中带来的电压波动、闪变以及三相不平衡、谐波等影响，而干式空心电抗器作为SVC 重要的设备之一，主要起补偿杂散容性电流，限制合闸涌流，限制短路电流、滤波、阻波等作用。

1 故障情况

2020 年9 月11 日23:44，某变电所1#SVC 装置二次滤波支路A 相电抗器故障起火，23:50 断开1#SVC装置开关，及时控制火情，避免故障扩大。现场检查1# SVC 装置二次滤波支路A 相电抗器上线圈的下端面和下线圈的上表面均有烟熏痕迹，下线圈的上端面一个扇区明显过火受损严重，对应的风道受损，而其余外部连接件未发现异常。参见图1、图2。

图1 电抗器外观

图2 包封受损

2 原因分析

2.1 电抗器基本信息

电抗器型号LKGKL-33-88.51-290，出厂时间2015 年，2020 年4 月10 日预防性试验结果正常，实测值误差率小于±5%，相间不平衡值小于2%。见表1。

表1 2020年4月电抗器预防试验结果

2.2 现场设备故障情况

检查1# SVC 二次滤波故障回路除A 相电抗器烧损外，其它电抗器、电容器、电阻器等主体设备未发现异常发热及放电痕迹；A 相电抗器烧损点在线圈包封部位，除包封内有明显烧损外，未发现对地和对其它相放电痕迹；对二次滤波回路电抗器试验，其B 相、C 相电感值良好，故障A 相电感量比额定值减少50%。

2.3 综保情况分析

调取相关设备保护启动波形，1#SVC 装置在故障前各支路电流电压值均在额定值范围内，整个系统运行正常，电流、电压无异常波动，无异常故障报警信息。

电抗器配置的保护主要有速断电流保护、过电流保护、不平衡电流保护、过电压保护、欠电压保护、接地保护。保护动作情况如下：

（1）电抗器A匝间短路时，由于匝间短路电流变化小，过电流保护和速断保护均未起动。

（2）电抗器相匝间短路时，不平衡电压保护不动作，原因是电抗器匝间短路TV 不能反映不平衡电压，因为不平衡电压是取电容器的三相不平衡电压，而电容器并没有损坏，电压是对称的。

（3）电抗器匝间短路，不平衡电流保护不动作，主要由于不平衡电流很小。

（4）电抗器匝间短路时，未造成母线系统电压下降，故低电压保护不动。

（5）电抗器匝间短路时，未造成单相接地或相间短路，故零序过流保护和过电流保护未动作。

结合现场检查情况及故障现象，初步判断是电抗器发生包封内线圈匝间短路，引起线匝绝缘材料及导线在高温下熔损、起火。

2.4 解体故障电抗器

为进一步分析故障原因，现场对故障电抗器从外而内逐层解体检查分析，情况如下：

（1）空心电抗器结构从内而外共有7道包封层，每层包封内外表面未发现明显积灰和异物，排除绝缘受污秽或异常掉落、鸟类筑巢而引起放电的可能性。

（2）电抗器每个绕包外绝缘厚度均在5 mm 以上，且外绝缘整体较均匀，内部导线排列紧密，导线缝隙胶液填充均匀，未发现其它部位外绝缘存在明显生产制造缺陷。

（3）导线绝缘情况。故障位置附近导线绝缘状态良好，裸导线外包裹3 层绝缘膜，且包扎紧密，绝缘膜剥离后，通过撕扯方式对绝缘膜进行机械强度检查，绝缘膜经过5 年运行仍然具有较强的机械强度，未发现绝缘膜绝缘老化情况。

（4）故障包封层及线圈情况。通过对电抗器的逐层解剖观察与分析，电抗器第6绕包层烧损严重，为故障源头。解体后绕组中部可见明显内部匝间短路击穿孔洞，部分导线和绝缘材料从内部熔融而向外膨胀，故此次设备故障原因可确定为导线内部匝间短路故障。且放电部位长度约30 cm，从线圈烧损最严重处呈斜右下排布，疑似剐蹭现象。参见图3。

图3 第6绕包层疑似剐蹭痕迹

综上所述，此次电抗器故障原因确定为生产制造过程中，电抗器次外层（第6 层）包封层主绝缘受到损伤，在长时间运行中线圈绝缘被击穿，发生匝间短路的故障。

3 处理措施

（1）对1#SVC 装置其它同批次电抗器检测合格，确保其它电抗器满足安全稳定运行条件。备件电抗器于9月21日完成安装，试验合格，恢复送电。

（2）恢复故障前新增1#、2# SVC 装置相互切换电缆，1#、2#LF 炉故障时SVC 系统具备互相切换功能，制定了应急处置预案，保证两套LF炉均可运行。

（3）设备制造厂家对产品生产制造全过程复盘检查未发现异常，同类型5 449 台电抗器使用中未发生产品匝间绝缘故障，定性本次故障为个例，排除了产品出现批次问题的可能。

4 电抗器常见故障类型

干式空心电抗器属不需经常维护设备，加之受检测手段限制，常规的检修、试验中一般无法发现设备缺陷，所以在日常维护上未引起专业人员足够的重视。随着干式空心电抗器运行数量的逐年增多及运行年限的增长，由于缺乏适当的维护保养致使干抗在运行期间故障，给设备安全运行带来了隐患。空心电抗器现场运行多出现如下问题：

（1）制造工艺不良。导线焊接口缺陷、毛刺等造成匝间短路故障；电抗器导线断线引起电抗器直流电阻以及电抗的变化，最终引起三相电流不平衡，断线越多，偏差将会越大。在电抗器长期运行过程中，容易引起局部温升过高，绝缘劣化速度加剧，引发事故。

（2）包封内的导线外绝缘失效。聚酯薄膜作为导线间的匝间绝缘，制造过程中某根导线的聚酯薄膜过多，或有绝缘气泡、被划伤。当设备投运时，电抗器会承受合闸涌流和投切过电压，当匝间电压过高时便会在聚酯薄膜薄弱处击穿，最终导线绝缘完全破坏，两匝导线联通造成匝间短路，引发事故。

（3）包封绝缘表面涂层皲裂、粉化，造成绝缘性能下降。电抗器表面绝缘涂层随着运行年限推移出现老化、脱落，憎水性和抗紫外线能力丧失，无法很好地起到防护线圈本体作用，甚至发生延面爬电情况。

（4）漏电起痕。漏电起痕是有机外绝缘设备所共有问题，它对绝缘损伤是不可逆的。如果表面防污闪涂层失效导致设备表面污湿放电概率提高，其发展过程可能较长，但如果不及时处理，常能造成电抗器的烧毁。

（5）风道条松动、移位，绑扎带松动、断裂。绑扎带将线圈与上下支架紧固连接，扎带松动、断裂会导致运行产生异常噪声，并降低电抗器整体机械强度。

（6）电抗器包封通风道或顶部有鸟窝、鼠类等做窝。动物筑巢可能存在铁丝等金属性物质，电抗器运行时会在电磁感应作用下发热、放电，造成电抗器外绝缘损伤，逐步劣化后发生严重短路故障。

5 日常维护建议

本次故障虽为产品质量问题，却暴露出了目前电抗器匝间短路保护不完善。受制于目前匝间短路保护技术可靠性和成本投入，结合电抗器现场常见故障类型，提出以下建议：

（1）加强设备制造工艺过程监督、出厂质量验收工作，确保投运设备质量。

（2）加强电抗器表面温度监控，利用热成像仪检查电抗器运行过程是否有局部过热现象，对可能的过热点要及时分析原因并处理，避免故障扩大。

（3）加强对投运设备的外观检查。检查电抗器表面绝缘涂层，及时处理绝缘层材料龟裂、粉化、绝缘性能下降带来的隐患问题，特别是电抗器汇流排与包封底部受力支撑处容易发生防污闪涂层失效放电现象。发现异常现象，应尽早用砂纸打磨清除皲裂、粉化等劣化的表面涂料，再用无水溶剂（如无水乙醇）进行认真清洗，然后涂刷耐气候、性能优良并与基础材料相容性好的漆或涂料进行处理，避免形成不可逆的劣化。

（4）日常应注意检查电抗器上、下端面及汇流引线、通风道、防雨罩、紧固件等，注意有无金属异物掉落、引线松动、鸟类或鼠类筑巢、紧固件松动引起的噪音等现象。

（5）定期清理异物、积污，防止电抗器散热不良或者受污秽影响发生爬电、放电现象。

（6）根据预防性试验，定期做好绝缘、感抗值测量，精准把握设备状态。