电力交流滤波器电抗器频繁故障原因分析

廖汉卿

广东福德电子有限公司

摘要：通过对某换流站连续发生的两起干式空心串联电抗器故障的分析，发现导致这两起故障发生的直接原因是早期电抗器生产工艺存在缺陷，包封上多处产生了较大的横向穿透性裂缝，雨水进入裂缝内部后，造成电抗器电位分布不均匀，在缺陷处发生局部放电，造成匝间短路。并提出了防范措施及建议。在目前换流站交流滤波器电抗器的实际应用中，往往忽视了日常维护等问题，因此故障等问题也开始出现并且呈现增长趋势，主要是由于其使用年限太长导致的，因此本文主要针对电力交流滤波器电抗器频繁故障问题进行分析。结合电力的干式空心串联电抗器运行现状进行分析，指出其潜在故障问题，针对目前运行现状以及故障问题提出优化策略。

关键词：换流站；交流滤波器；滤波电抗器；故障分析

一、电力设备参数

换流变压器是南桥±500kV换流站主要设备之一，南桥站换流变压器的铭牌参数如下：型号：FTNR，西德TU变压器联合制造厂1986年生产，额定容量224/2=112MVA，在3台冷却器运行时最大容量234.6/2=117.3MVA；4台冷却器运行时最大容量257.6/2=128.8MVA。能连续运行电压为：230kV（﹢15％～﹢16％）即：（198kV～200kV）；有载调压开关TU工厂制造，型号ARSG1403/3032-3031/51-22（21），额定电流300A。

根据国际大电网会议第14组（直流输电）的04工作组对1981～1984年间各国直流输电系统换流变压器故障的调查统计，其中单相的168台，三相的50台，四年中故障88次，比超高压交流变压器的故障要大得多（请参阅《上海电力》1990年第4期，编注）。为了提高运行安全水平，对换流变压器应针对具体设计加强监视与维修。电力交流滤波器L1电抗器制造厂为加拿大TRENCH，16年3月出厂，17年2月投入运行，其采用多层并联绕组、干式空心结构。每个绕组由6～9根铝绞线并联绕制而成，电抗器整体由环氧玻璃纤维包封，经高温固化，每层绕组的导线引出端都焊接在上下铝合金星形支架上，采用自然空气对流冷却方式。C型L1电抗器有4个包封层，A型L1电抗器有5个包封层，其最外层既第5层为辅助线圈，可通过调整接线位置改变电抗电感值，具体技术参数详见表1。

二、电力交流滤波器电抗器故障状况及返厂解体检查情况分析

2.1故障情况

2014至2018年期间，电力共发现4起电抗器直阻超标缺陷，3起运行中过热起火故障，现场均利用备品电抗器进行了更换。本次选取了63B相（直阻变差较小，无明显过热烧灼痕迹）、574B相（直阻变差较小，同时有过热烧灼情况）、584A相（直阻变差较大，同时有过热烧灼情况）三个故障特征各异的电抗器进行故障原因分析。

2.2外部系统运行方式情况

电力C型交流滤波器L1电抗器几何合成电流设计值为225.41A（有效值），A型滤波器为248.65A（有效值）。对出现过热冒烟的574B相电抗器进行分析，4月兴安直流年度停电检修期间直阻及电感值均满足要求，7月1日13点13分，兴安直流功率调整574交流滤波器自动投入，19点30分左右发现过热冒烟，19点52分手动退出574交流滤波器。在此期间574交流滤波器本身录波均未启动，故可以排除574B相电抗器在7月1号运行期间受到异常过电压与电流影响。随机读取574交流滤波器在过去运行3年期间录波文件可以发现，流经电抗器电流约为192A（有效值），母线电压约为308.662kV，均未超过电抗器运行要求

2.3电抗器返厂解体检查情况

对上述3台故障电抗器在国内进行了解体检查，在解体前均开展了相关电气试验，试验结果详见表2。试验完成后对三台电抗器各包封层逐层切割拆解后发现，三台电抗器第1、2层包封上部有明显过热迹象，内部导线绝缘薄膜粉化严重。

三、电力交流滤波器电抗器故障原因分析

（1）故障电抗器风道内部均未发现鸟粪或污秽堆积情况，故可以排除日常检查维护不到位原因导致设备故障。

（2）故障电抗器包封层均未发现明显爬电痕迹，同时随机读取的3年内多份录波文件均未发现电压或电流异常波动情况，基本可以排除过电压因素导致设备故障。

（3）对574B相电抗器过热起火当天录波文件进行频谱分析可以发现，各次谐波电流以及几何合成电流值均满足技术协议要求，故基本可以排除电抗器长时间过负荷运行以及谐波电流过大原因导致设备过热故障。

（4）根据空气对流理论以及干式空心电抗器谐波电流分布特性，电抗器运行时热空气上升会使内层包封上端温度偏高而外层以及下端温度偏低，解体过程中发现内层包封绝缘老化程度明显比外层包封严重亦可以证明该结论，而长时间的过热运行最终导致了匝间绝缘失效。综上所述，电力电抗器所有明显过热位置均发现导线绝缘膜粉化严重甚至失效造成匝间短路或导线烧蚀断裂，应为电抗器故障的直接原因，而电抗器整体热绝缘裕度不足是故障的根本原因。检查过程中发现引出线断裂及包封不严导致导线裸露缺陷，说明电抗器工艺控制不严。

四、电力交流滤波器电抗器后续优化策略

4.1电力交流滤波器电抗器故障优化策略：

（1）建议申报项目对电力交流滤波器电抗器进行整体更换。

（2）在电抗器整体更换工作完成前应申请单小组滤波器轮停开展匝间耐压试验，对绝缘情况恶化的电抗器及时进行更换。

（3）加强对运行中交流滤波电抗器的外观及测温检查，重点关注电抗器内层上端热点温度，特殊位置下可采用无人机或机器人红外测温。

（4）对电力交流滤波器L1电抗器导线绝缘膜进行送检，重点开展电、热老化试验，确认其耐热温度及寿命是否满足B级要求。

4.2换流站交流滤波器电抗器故障维护及管理策略

（1）加强电抗器巡视及红外检测工作，电抗器投运后运行人员对其进行外观检查及红外测温。

（2）对保护配置进行分析，开展电抗器保护装置研究工作，保证电抗器故障时保护能够及时动作。

（3）在技术规范书签订阶段适度提高整体绝缘耐热等级，在运维过程中注意检查电抗器绝缘老化情况。

结束语

对于换流站交流滤波器电抗器而言，虽然在维护管理方面要求较低，但是仍然存在安全隐患以及故障问题，需要工作人员关注，投入人力资源以及物力资源进行定期管理维护，保证整个电力系统正常运行。

参考文献

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