偶干式电抗器故障原因分析及处理措施

罗群董世欢韩康张文超陈政

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摘要：本文对干式空心电抗器的结构特点进行了介绍，对干式空心电抗器常见故障原因加以分析，并根据故障原因，对各类故障防范措施进行了探讨，从设计、材料选择、制作工艺、运行维护管理等方面给出了一些针对性建议。

关键词：干式；空心电抗器；故障原因；处理措施

引言

电抗器是重要的的电力设备，在电力系统中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。电网中通过在电容器回路中采用串联电抗器等方法改变系统参数来消除由高次谐波电压、电流所引起的电容器故障，已取得了显著的效果，得到广泛应用。但电抗器本身却经常发生局部电弧放电、绝缘烧损等故障，给电网运行带来一定的威胁。

1干式空心电抗器结构特点

电抗器根据结构及冷却介质可划分为干式空心、干式铁心、干式半铁心及油浸式电抗器等，目前，75％35kV及以下电容器组用串联电抗器均采用干式空心结构。

干式空心电抗器多采用星形架作为绕组的出线连接端，绕组的上下星架可通过拉纱方式固定。其主要利用环氧绕包技术将绕组完全密封，每个包封内有多根带有股间（匝间）绝缘的不同规格的铝线紧密并联绕制而成，导线（多为铝线）采用相互粘接方式以增加绕组机械强度；包封表面喷涂耐火材料以满足户外苛刻的运行条件；包封间由撑条形成气道，包封间与包封内绕组多采用并联连接以便满足容量与散热的要求。同时，为了满足各个并联支路电流合理分配的需要，采用分数匝来减少支路间的环流问题。这种结构的电抗器具有可以直接用于户外、电感为线性、噪音小、防爆、使用维护方便等特点，因而在电网中应用较为广泛。

2常见故障原因分析及处理措施

由于干式空心电抗器长期运行在户外高温环境，环境恶劣，容易引起绝缘脆化、老化等现象，降低其本身机械性能和绝缘性能，进而引起运行故障。干式空心电抗器主要故障有局部过热、匝间绝缘损坏以及漏磁造成的周围金属构架、接地网、高压柜内接线端子损耗和发热等。

2.1温升

1）温升影响分析。电抗器由多个包封组成，每个包封有多根铝线绕制而成，各个包封中的绝缘，包括撑条等对换热条件有着直接的影响。绕组的涡流损耗和电阻损耗便构成了电抗器的主要热源，就电抗器而言，温升的大小直接受制于热源强度，其产生的热量越大，电抗器的温升就越高。对于电阻损耗而言，主要来源于导线电阻、接线端子与绕组焊接处由于焊接质量等问题产生的附件电阻，以及绕组绕制时由于绕制速度和线轴配重等原因引起的松紧度带来的绕组电阻变化。另外，焊接头设计、焊缝深宽比、焊缝金属裂纹等都将影响焊接电阻。

同时由于绝缘材料的寿命随着温度的上升而随之减小；温升的增高将加速绝缘老化，降低其绝缘性能，进而缩短电抗器的使用寿命或导致其损坏。

2）防范措施。电抗器使用寿命主要受热源和绝缘材料本身影响，可通过如下措施减少温升带来的影响：①改善工艺条件，提高焊接工艺水平，减小因工艺问题而带来的附加电阻和焊接电阻等，进而减少热源，同时，可加强平时的运行维护水平和直流电阻测试工作；②改善电抗器上部引线与线圈的密封环境，改善其散热性能；③选择具有足够耐热等级的绝缘材料，从材料上采取延长电抗器使用寿命的措施。④要合理地设计电抗器温升裕度，温升是保证其质量和使用寿命的重要指标。

2.2沿面放电和匝间短路

1）树状放电和匝间短路形成机理。干式空心电抗器外绝缘采用环氧树脂在室温或中温条件下固化成形，其固化性能好坏受多种因素如固化剂、促进剂、环境等影响。若固化效果不好，在光、水及其他物质作用下，树脂中存在大量的低分子基因和交联不完全的键链容易发生水解及重新组合过程，进而导致绝缘表面出现粉化、皱裂，使其表面性能下降。在局部过热或焊口不良情况下，树脂受高温影响，还容易出现流淌和重新固化过程，进而形成内部空泡，极易造成匝间绝缘的破坏。

电抗器的环氧树脂外绝缘属于亲水性物质，因此，运行过程中，电抗器表面的污秽沉积后极易受潮，受潮后将导致表面泄漏电流增大，产生大量热量，使得绝缘表面局部干燥，干燥区域将使得电阻增大，容易引起小范围的局部电弧，此时，表面电弧与剩余污层电阻相串联。一旦所有干区都被电弧桥络，泄漏电流将决定于剩余湿污层电阻，此时泄漏电流大增，强烈的放电有可能发展成大面积的电弧闪络。伴随着电弧的发展和合并，产生沿面树状放电。沿面树状放电进一步发展将导致匝中电流剧增，产生更大的热量，使得线匝绝缘损坏并在高温下将导线或连接介质融化形成匝间短路。

2）防护措施。为防止沿面树状放电进而避免匝间绝缘破坏，主要采取保持表面清洁和外表面采用憎水涂料等措施：①应加强设备的运行维护管理，巡视时检查电抗器外绝缘破裂情况、瓷瓶有无明显的放电现象、有无异响等；做好污渍清扫等工作，阻止沿面放电形成的通道；同时，也可增设若干高阻带，减少泄漏电流，并将电流阻截成若干段。②应及时处理皱裂、粉化等带来的影响，避免形成不可逆的劣化，可采用砂纸打磨清除表面劣化的材料等措施。③采取刷涂憎水性涂料措施，提高电抗器表面在受潮条件下的电阻率。

2.3漏磁

1）漏磁影响分析漏磁通常由安装位置周围影响决定。由于干式空心电抗器无铁心，这种结构决定了其运行时空间内存在较大的磁场，只要磁场范围内的导磁材料形成闭合回路，引起处于磁场内的导体产生大的涡流。环流和涡流将使得材料局部发热产生高温，使得电抗器有功损耗增加；同时，若闭环电路为轴向位置，还将使电抗器电流增大并改变其电位分布，一定程度上影响着电抗器的正常运行，不容忽视。2）漏磁防护措施由分析可知，消除漏磁影响的主要措施可集中在消除闭环金属回路上。①对于较难避免的地网和水泥构架中的闭环回路，应在设计勘察或安装之前检查安装点是否存在闭环的接地网或含金属闭环的水泥构架，若存在，应满足厂家提出的防电磁感应的空间要求。②安装时应尽量选择在较为合适且清洁的安装环境，减少环路形成通道。③尽量减少铁磁性金属的使用，尽可能避免使用金属网状围栏，户外可采用耐热、耐寒、耐风化的复合塑料网或铝合金网代替。

2.4其他影响

1）电抗率选择。当高次谐波作用在电容器组上时使电容器组电抗减小，电流增大，使系统产生谐波过电压，甚至谐振。串联电抗器可以有效减小谐波，限制合闸涌流。但若电抗率选择不当可能会导致谐波放大。一般而言，当接入电网处的背景谐波为3次及以上时，一般为12%；也可采用4.5%～6%与12%两种电抗率。2）材料选择。一般而言，绝缘材料都具有一定的热胀冷缩特性，在正常使用情况下，若导线蠕变特性不良，抗拉强度偏低，便容易发生断裂进而引发热损伤甚至形成匝间短路。因此材料的选取对电抗器的运行也起着至关重要的作用，在制作之前，应合理设计和选择。

3结束语

电抗器多采用串联式干式空心电抗器，其结构特点和制作工艺使得温升、漏磁、沿面（树状）放电甚至匝间短路等问题容易产生，进而影响其正常运行，甚至发生烧损故障。笔者对其各类故障原因进行了逐一分析，其中，各种因素导致的材质劣化是烧损故障形成的直接原因，危害程度最大，应从设计、制作工艺、运行维护等方面采取防护措施，对工程实际具有一定的指导意义。

参考文献：

［1］陈超强，文习山，张孝军，等．空芯电抗器磁场对周围设施影响的测试研究［J］．高电压技术，2001（3）：19-21

［2］吴红波．干式串联铁心电抗器设计中应注意的一些问题［J］．高压电器，2010，46（6）：103-105