66 kV 干式空心電抗器短路故障整體參數(shù)試驗研究

陳 頌

（宜昌三峽送變電工程有限責(zé)任公司電網(wǎng)建設(shè)分公司，湖北 宜昌 443001）

干式空心電抗器是一種用于電力系統(tǒng)中的無源電器件，其主要功能是提供電感性負(fù)載，以限制電流的變化速度，穩(wěn)定電壓和電流，并改善系統(tǒng)的功率因數(shù)[1]。干式空心電抗器具有高度的可靠性，長壽命，且不容易發(fā)生故障。干式空心電抗器在電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色，用于控制電流波動，提高功率因數(shù)，以及保護(hù)電力設(shè)備免受過電流的影響，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的元件，有助于提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[2]。

1 故障簡況

500 kV 的ZH 變電站66 kV Z5號電抗器保護(hù)裝置過流Ⅱ段保護(hù)動作于2022 年11 月15 日08:49，出現(xiàn)斷路器跳閘的情況。變電站在當(dāng)天沒有進(jìn)行任何操作，也沒有設(shè)備異常信號報告，站點所在地的氣溫為11 ℃，晴天。自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)自動投退66 kV Ⅲ母所連接的無功補(bǔ)償設(shè)備，66 kVⅢ母一次設(shè)備接線如圖1 所示。

圖1 66 kV Ⅲ母一次設(shè)備接線

2 現(xiàn)場檢查

2.1 電抗器檢查

根據(jù)實地檢查結(jié)果，對于66 kV Z5號電抗器中的B 相一次引出線，發(fā)現(xiàn)從內(nèi)向外數(shù)還觀察到在第7 和第8 繞包封層之間，通風(fēng)道的上端面和下端面都存在電弧過火的跡象。此外，還注意到與這些受損位置對應(yīng)的過渡支座與支撐瓷瓶也有明顯的煙痕和火損。

根據(jù)維護(hù)人員對該電抗器保護(hù)測控系統(tǒng)的操作記錄進(jìn)行核查，確認(rèn)一次過流保護(hù)的第一階段在正常操作中發(fā)揮了正確的作用。在2021 年3 月進(jìn)行的直流與絕緣電阻測試也通過了合格驗證。此外，在2022 年2 月的巡檢中，使用紅外熱像技術(shù)和紫外放電技術(shù)進(jìn)行了檢查，結(jié)果均顯示正常。另外，還進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，主要針對電抗器的A 相通風(fēng)道和C 相通風(fēng)道進(jìn)行了檢查，結(jié)果顯示，通風(fēng)道內(nèi)積聚了一些污物和疑似纖維狀的物品。

2.2 故障電抗器結(jié)構(gòu)參數(shù)

該電抗器的型號為BKK-20000/66，是由防雨罩、線圈、絕緣瓷瓶以及玻璃鋼支柱構(gòu)成，其詳細(xì)參數(shù)如表1 所示。

玻璃鋼支柱用于支撐和固定導(dǎo)線、絕緣子串、絕緣瓷瓶等元件。能夠承受機(jī)械載荷，確保設(shè)備在惡劣氣候和外部力量作用下保持穩(wěn)定[3]。玻璃鋼支柱具有優(yōu)良的絕緣性能，可防止電力設(shè)備與地之間的電氣接觸，有助于防止電氣設(shè)備的絕緣擊穿和故障，提高系統(tǒng)的可靠性[4]。絕緣瓷瓶能夠在高溫下保持絕緣性能，這對于高壓輸電線路和變電站等應(yīng)用至關(guān)重要，不易受到電流負(fù)荷和環(huán)境溫度的影響[5]。絕緣瓷瓶通常設(shè)計成具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，以承受風(fēng)荷載、冰荷載和外部力量，保障電力系統(tǒng)的可靠性。線圈采用了11 個包封的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，共同承擔(dān)電流和電壓的分配，這樣的并聯(lián)設(shè)計可以增加電流容量和功率，提高線圈的性能和負(fù)載能力[6]。每個包封都使用了玻璃纖維作為材料，并經(jīng)過浸透環(huán)氧樹脂的處理，這種材料組合固化后具有良好的絕緣性能、耐高溫性和機(jī)械強(qiáng)度，能夠在電力系統(tǒng)中長期穩(wěn)定工作[7]。確保了包封的完全填充和均勻分布，提高了電氣絕緣性能，減少了局部熱點和局部放電的風(fēng)險。

3 解體分析

通過現(xiàn)場檢查以及保護(hù)動作，推測該電抗器B相第7～第8 繞包層間出現(xiàn)絕緣擊穿，為了對故障原因及部位精準(zhǔn)確認(rèn)，進(jìn)行解體分析。

3.1 整體參數(shù)試驗

對該電抗器B 相工頻損耗值、阻抗值以及電阻值進(jìn)行測量，并對比出廠值，如表2 所示。

3.2 導(dǎo)線試驗

將下吊臂出線頭剔開，做好標(biāo)記，保持上吊臂不動，對每根導(dǎo)線通斷進(jìn)行測量。將上、下吊臂出線頭剔開，對各繞包封層間、股間絕緣電阻值使用500 V 兆歐表進(jìn)行測量。通過結(jié)果能夠看出，第8繞包封層中導(dǎo)線斷裂，第7 與第8 層間與股間絕緣電阻值為0，其他均正常。

3.3 電抗器解體

該電抗器B 相一共解剖4 個繞包封層7～11 繞包封層，9～11 繞包封解體中發(fā)現(xiàn)通風(fēng)道內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的積灰，且有大量鳥類排泄物。

第10 繞包封層在順時針方向外表面的出線臂的第一個扇區(qū)內(nèi)，從下到上分別位于1 800 mm 和900 mm 處，觀察到電力支架上的鳥類排泄物。進(jìn)一步檢查后，發(fā)現(xiàn)電力支架上有爬電灼傷痕跡，這可能是鳥類排泄物引發(fā)的電弧放電所致。

另外，在第8 繞包封層的外表面，注意到電弧閃絡(luò)導(dǎo)致的穿透煙道，明顯可見鳥類排泄物和積灰。這一現(xiàn)象在從下到上的1 450、700 及330 mm 處都有出現(xiàn)。此外，外絕緣發(fā)現(xiàn)燒蝕孔洞與裂縫，而這些損壞位置主要分布在支撐條附近。

將第8 繞外包封4 層導(dǎo)線進(jìn)行揭開，剔出330 mm 處的導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線包覆蓋絕緣膜無老化、無變色，且韌性良好。導(dǎo)線明顯出現(xiàn)內(nèi)側(cè)輕、外側(cè)嚴(yán)重的情況，由此可得到故障的發(fā)展是由外向內(nèi)。

在第7 繞包封層與第8 繞包封層相對應(yīng)的位置，發(fā)現(xiàn)煙道貫穿的痕跡，并且在700 mm 處可見外絕緣孔洞。在進(jìn)行解體分析時，4 層導(dǎo)線揭開發(fā)現(xiàn)在絕緣孔洞處，導(dǎo)線的最外層有2 根導(dǎo)線熔斷，次外層有一根導(dǎo)線熔斷，其他位置沒有發(fā)現(xiàn)損傷問題。

第8 繞包封層中，4 層導(dǎo)線受損，且受損情況內(nèi)側(cè)比較輕，外側(cè)比較嚴(yán)重。經(jīng)過包封解體分析，可以看出故障起始于第7 繞包封層與第8 繞包封層之間，起始點位于第8 繞包封層內(nèi)側(cè)，與上端相距330、700、1 450 mm 處，以及外側(cè)距離上端700 mm 處，出現(xiàn)了電弧灼傷痕跡，這是逐步發(fā)展而來的結(jié)果。

3.4 分析故障原因

在通風(fēng)道內(nèi)存在毛絮及鳥類排泄物，當(dāng)遇到降雪及降雨等環(huán)境時電抗器在運行中容易引發(fā)污濕放電。隨著時間的推移，這一現(xiàn)象逐漸惡化，將會沿著包封表面逐漸向內(nèi)部進(jìn)行發(fā)展，由此使得內(nèi)絕緣層出現(xiàn)損傷，最終導(dǎo)致包封層間與股間發(fā)生短路。而這種短路會生成大量的導(dǎo)電煙塵，使得縱向爬電的情況加速發(fā)展，最終該包封層發(fā)生貫穿性故障。當(dāng)電抗器發(fā)生故障時，過流保護(hù)系統(tǒng)的第一段動作，觸發(fā)了電抗器斷路器的跳閘操作，以保護(hù)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。

4 處理及預(yù)防措施

4.1 處理措施

該電抗器故障相更換后，進(jìn)行了必要的電氣試驗。結(jié)果顯示合格，因此可以將電抗器重新并入電力系統(tǒng)。在復(fù)電后的運行過程中，沒有觀察到任何異常，且紅外熱像檢測也呈現(xiàn)正常的狀態(tài)。

4.2 預(yù)防措施

制定定期的維護(hù)計劃，包括定期巡檢和檢測，以確保電抗器的正常運行。定期檢查電抗器的外部絕緣情況，包括絕緣子和包封，以發(fā)現(xiàn)并及時修復(fù)絕緣損壞。

定期清潔電抗器的通風(fēng)道，防止積污和雜物積累，降低污濕放電的風(fēng)險。使用高質(zhì)量的絕緣材料，提高電抗器的耐高溫和絕緣性能。

定期測試電抗器的絕緣電阻，確保其絕緣性能處于良好狀態(tài)。在電抗器周圍安裝鳥類防護(hù)裝置，如鳥網(wǎng)或鳥刺，以減少鳥類的侵害和排泄物對電抗器的影響。

定期檢查鳥類防護(hù)裝置的有效性，及時修復(fù)損壞或松動的部分。安裝環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測溫度、濕度和污染水平等因素，以便及時采取措施應(yīng)對潮濕環(huán)境和污染。根據(jù)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的預(yù)防措施，例如加強(qiáng)絕緣材料的防潮性能。

定期進(jìn)行電抗器維護(hù)，包括清潔、緊固連接件、檢查支撐瓷瓶等。

定期進(jìn)行絕緣試驗，如直流電阻測量和局部放電檢測，以評估絕緣系統(tǒng)的健康狀況[8]。培訓(xùn)維護(hù)人員和操作人員，使其了解電抗器的正常運行和維護(hù)要求。制定詳細(xì)的操作規(guī)程，確保操作人員按照正確的程序操作電抗器。始終常備備用電抗器，以便在故障發(fā)生時快速更換，減少停電時間[9]。制定緊急計劃，以便在發(fā)生故障時能夠迅速采取行動，降低損失和維護(hù)時間。