66 kV 干式空心电抗器短路故障整体参数试验研究

陈 颂

（宜昌三峡送变电工程有限责任公司电网建设分公司，湖北 宜昌 443001）

干式空心电抗器是一种用于电力系统中的无源电器件，其主要功能是提供电感性负载，以限制电流的变化速度，稳定电压和电流，并改善系统的功率因数[1]。干式空心电抗器具有高度的可靠性，长寿命，且不容易发生故障。干式空心电抗器在电力系统中扮演着重要的角色，用于控制电流波动，提高功率因数，以及保护电力设备免受过电流的影响，是现代电力系统中不可或缺的元件，有助于提高电力系统的稳定性和可靠性[2]。

1 故障简况

500 kV 的ZH 变电站66 kV Z5号电抗器保护装置过流Ⅱ段保护动作于2022 年11 月15 日08:49，出现断路器跳闸的情况。变电站在当天没有进行任何操作，也没有设备异常信号报告，站点所在地的气温为11 ℃，晴天。自动电压控制（AVC）系统自动投退66 kV Ⅲ母所连接的无功补偿设备，66 kVⅢ母一次设备接线如图1 所示。

图1 66 kV Ⅲ母一次设备接线

2 现场检查

2.1 电抗器检查

根据实地检查结果，对于66 kV Z5号电抗器中的B 相一次引出线，发现从内向外数还观察到在第7 和第8 绕包封层之间，通风道的上端面和下端面都存在电弧过火的迹象。此外，还注意到与这些受损位置对应的过渡支座与支撑瓷瓶也有明显的烟痕和火损。

根据维护人员对该电抗器保护测控系统的操作记录进行核查，确认一次过流保护的第一阶段在正常操作中发挥了正确的作用。在2021 年3 月进行的直流与绝缘电阻测试也通过了合格验证。此外，在2022 年2 月的巡检中，使用红外热像技术和紫外放电技术进行了检查，结果均显示正常。另外，还进行了内窥镜检查，主要针对电抗器的A 相通风道和C 相通风道进行了检查，结果显示，通风道内积聚了一些污物和疑似纤维状的物品。

2.2 故障电抗器结构参数

该电抗器的型号为BKK-20000/66，是由防雨罩、线圈、绝缘瓷瓶以及玻璃钢支柱构成，其详细参数如表1 所示。

玻璃钢支柱用于支撑和固定导线、绝缘子串、绝缘瓷瓶等元件。能够承受机械载荷，确保设备在恶劣气候和外部力量作用下保持稳定[3]。玻璃钢支柱具有优良的绝缘性能，可防止电力设备与地之间的电气接触，有助于防止电气设备的绝缘击穿和故障，提高系统的可靠性[4]。绝缘瓷瓶能够在高温下保持绝缘性能，这对于高压输电线路和变电站等应用至关重要，不易受到电流负荷和环境温度的影响[5]。绝缘瓷瓶通常设计成具有良好的机械强度，以承受风荷载、冰荷载和外部力量，保障电力系统的可靠性。线圈采用了11 个包封的并联结构，共同承担电流和电压的分配，这样的并联设计可以增加电流容量和功率，提高线圈的性能和负载能力[6]。每个包封都使用了玻璃纤维作为材料，并经过浸透环氧树脂的处理，这种材料组合固化后具有良好的绝缘性能、耐高温性和机械强度，能够在电力系统中长期稳定工作[7]。确保了包封的完全填充和均匀分布，提高了电气绝缘性能，减少了局部热点和局部放电的风险。

3 解体分析

通过现场检查以及保护动作，推测该电抗器B相第7～第8 绕包层间出现绝缘击穿，为了对故障原因及部位精准确认，进行解体分析。

3.1 整体参数试验

对该电抗器B 相工频损耗值、阻抗值以及电阻值进行测量，并对比出厂值，如表2 所示。

3.2 导线试验

将下吊臂出线头剔开，做好标记，保持上吊臂不动，对每根导线通断进行测量。将上、下吊臂出线头剔开，对各绕包封层间、股间绝缘电阻值使用500 V 兆欧表进行测量。通过结果能够看出，第8绕包封层中导线断裂，第7 与第8 层间与股间绝缘电阻值为0，其他均正常。

3.3 电抗器解体

该电抗器B 相一共解剖4 个绕包封层7～11 绕包封层，9～11 绕包封解体中发现通风道内出现严重的积灰，且有大量鸟类排泄物。

第10 绕包封层在顺时针方向外表面的出线臂的第一个扇区内，从下到上分别位于1 800 mm 和900 mm 处，观察到电力支架上的鸟类排泄物。进一步检查后，发现电力支架上有爬电灼伤痕迹，这可能是鸟类排泄物引发的电弧放电所致。

另外，在第8 绕包封层的外表面，注意到电弧闪络导致的穿透烟道，明显可见鸟类排泄物和积灰。这一现象在从下到上的1 450、700 及330 mm 处都有出现。此外，外绝缘发现烧蚀孔洞与裂缝，而这些损坏位置主要分布在支撑条附近。

将第8 绕外包封4 层导线进行揭开，剔出330 mm 处的导线，发现导线包覆盖绝缘膜无老化、无变色，且韧性良好。导线明显出现内侧轻、外侧严重的情况，由此可得到故障的发展是由外向内。

在第7 绕包封层与第8 绕包封层相对应的位置，发现烟道贯穿的痕迹，并且在700 mm 处可见外绝缘孔洞。在进行解体分析时，4 层导线揭开发现在绝缘孔洞处，导线的最外层有2 根导线熔断，次外层有一根导线熔断，其他位置没有发现损伤问题。

第8 绕包封层中，4 层导线受损，且受损情况内侧比较轻，外侧比较严重。经过包封解体分析，可以看出故障起始于第7 绕包封层与第8 绕包封层之间，起始点位于第8 绕包封层内侧，与上端相距330、700、1 450 mm 处，以及外侧距离上端700 mm 处，出现了电弧灼伤痕迹，这是逐步发展而来的结果。

3.4 分析故障原因

在通风道内存在毛絮及鸟类排泄物，当遇到降雪及降雨等环境时电抗器在运行中容易引发污湿放电。随着时间的推移，这一现象逐渐恶化，将会沿着包封表面逐渐向内部进行发展，由此使得内绝缘层出现损伤，最终导致包封层间与股间发生短路。而这种短路会生成大量的导电烟尘，使得纵向爬电的情况加速发展，最终该包封层发生贯穿性故障。当电抗器发生故障时，过流保护系统的第一段动作，触发了电抗器断路器的跳闸操作，以保护电力系统的安全和稳定运行。

4 处理及预防措施

4.1 处理措施

该电抗器故障相更换后，进行了必要的电气试验。结果显示合格，因此可以将电抗器重新并入电力系统。在复电后的运行过程中，没有观察到任何异常，且红外热像检测也呈现正常的状态。

4.2 预防措施

制定定期的维护计划，包括定期巡检和检测，以确保电抗器的正常运行。定期检查电抗器的外部绝缘情况，包括绝缘子和包封，以发现并及时修复绝缘损坏。

定期清洁电抗器的通风道，防止积污和杂物积累，降低污湿放电的风险。使用高质量的绝缘材料，提高电抗器的耐高温和绝缘性能。

定期测试电抗器的绝缘电阻，确保其绝缘性能处于良好状态。在电抗器周围安装鸟类防护装置，如鸟网或鸟刺，以减少鸟类的侵害和排泄物对电抗器的影响。

定期检查鸟类防护装置的有效性，及时修复损坏或松动的部分。安装环境监测设备，监测温度、湿度和污染水平等因素，以便及时采取措施应对潮湿环境和污染。根据环境监测数据，制定相应的预防措施，例如加强绝缘材料的防潮性能。

定期进行电抗器维护，包括清洁、紧固连接件、检查支撑瓷瓶等。

定期进行绝缘试验，如直流电阻测量和局部放电检测，以评估绝缘系统的健康状况[8]。培训维护人员和操作人员，使其了解电抗器的正常运行和维护要求。制定详细的操作规程，确保操作人员按照正确的程序操作电抗器。始终常备备用电抗器，以便在故障发生时快速更换，减少停电时间[9]。制定紧急计划，以便在发生故障时能够迅速采取行动，降低损失和维护时间。