电抗器的运行维护及检修

■ 河南工业职业技术学院 周伟 张丽 刘媛媛

1 电抗器的用途及类型

电抗在电路中是用于限流、稳流、无功补偿及移相等的一种电感元件。从用途上可分为两种：一是限制系统的短路电流，通常装在出线端或母线间，使得在短路故障时，故障电流不致于过大，并能使母线电压维持在一定的水平，用于限制短路电流的电抗器称为限流电抗器；二是补偿系统的电容电流，在330kV及以上的超高压输电系统中应用，补偿输电线路的电容电流，防止线端电压升高，从而使线路的传输能力和输电线的效率都能提高，并使系统的内部过电压有所降低，用于补偿电容电流的电抗器称为补偿（或并联）电抗器。另外，在并联电容器的回路通常串联电抗器，它的作用是降低电容器投切过程中的涌流倍数和抑制电容器支路的高次谐波。同时还可以降低操作过电压，在某些情况下，还能限制故障电流。

电抗器的结构可分为三大类，分别是：空心电抗器、带气隙的铁心电抗器和铁心电抗器。

1.1 空心电抗器

这种电抗器只有绕组但无铁心，实际上就是一个空心的电感线圈，磁路磁导小、电感值也小，且不存在磁饱和现象，它的电抗值在绕组匝数、形状以及频率不变的情况下，始终是一个常数，不随其中通过电流的大小而改变。如限制电力系统短路电流的电抗器（包括分裂电抗器）、高压输电线路载波回路用的阻波器等就属于这种结构。

1.2 带气隙的铁心电抗器

其磁路是一个带气隙的铁心，带气隙的铁心柱外面套有绕组。由于磁路中具有部分铁心，导磁性能较好，所以电抗值比空心电抗器大，但超过一定电流后，由于铁心饱和，电抗值逐渐减小。在容量相同时，其体积比空心电抗器小。常用的消弧线圈、补偿线路电容电流的并联电抗器、大型电机降压启动用的电抗器、整流电路用的平整波纹电抗器与电炉变压器匹配用的电抗器等，均属于这种结构。

1.3铁心电抗器

其磁路为一闭合铁心，由于铁心具有高的磁导率，电抗器的电抗值很大，在容量相同的情况下，其体积最小。但因铁心的磁导率是随着线圈通过的电流大小而变化，尤其是当电流较大而使铁心达到饱和时，电抗器的电抗值减小的很多，这种电抗值随电流变化的性质对使用者带来一定的不方便。一般形联结的整流电路中用的平衡电抗器、调压和调节功率用的饱和电抗器、动圈式谐振电抗器等均采用这种铁心结构。

2 限流电抗器的种类及特点

2.1混凝土柱式电抗器

电压在20kV及以下，电流为150-3000A的电抗器常作空心混凝土结构，线圈绕组绕好后，用混凝土浇注成一个牢固的整体。这种结构制造简单、成本低，运行可靠、维护方便，属于户内装置，一般都作成单相。组成三相时，有三种排列方式，即三个单相自下而上重叠垂直排列；两相重叠，一相并列；三相并列水平排列。为了减小相间绝缘的支持瓷瓶承受的拉伸力，在三相重叠的排列时，中间相电抗器的绕组应与上下两相绕组的绕向相反；在两相重叠一相并列的情况时，相重叠的两相电抗器绕组的绕向要相反。

对400A以上的电抗器，其线圈均用两根以上的电缆并列绕制。为使并绕电缆的电流分配均匀，各并联电缆绕制时，要进行换位。

2.2 分裂电抗器

带有中间抽头的混凝土电抗器称为分裂电抗器。分裂电抗器在使用时，中间端子接电源，首末两端接负载。正常工作时，分裂电抗器的臂（即两支路）电流方向相反，而两臂线圈绕向又相同，因此两臂产生的磁通是相互削弱的，这样使得电抗器两臂的有效电抗值很小。另一臂的电流比起短路臂的电流来说仍然很小，所产生的互感磁通对短路臂的影响可以忽略，因此短路臂的有效电抗很大，起着显著的截流作用。

2.3 油浸式限流电抗器

油浸式电抗器多用于户外35kV电压等级，由于电抗器处在铁制的油箱内，漏磁通会在箱壁上造成损耗和发热，为了减小箱壁损耗和发热，在箱壁内装有磁分路或磁屏蔽。

3 并联电抗器的种类及特点

充油电抗器的外形与变压器相似，但内部结构不同。变压器的绕组有一次绕组和二次绕组，铁心磁路中没有气隙，而电抗器只是一个磁路带气隙的电感线圈。由于系统运行的需要，要求电抗器的电抗值在一定范围内恒定，即电压与电流关系是线性的，所以，并联电抗器磁路中必须带有气隙。

并联电抗器按铁心的结构可分为两种，即壳式电抗器和心式电抗器。

3.1壳式电抗器

壳式电抗器线圈中的主磁通是空心的，不放置导磁介质，也就是线圈内无铁心，在线圈外部装有用硅钢片叠成的框架（铁轭）以引导主磁通。一般壳式电抗器磁通密度较低，为1.5～1.6倍的额定电压，饱和后的动态电感仍为饱和前的60%以上。

壳式电抗器由于没有主铁心，电磁力小，相应的噪声和振动比较小，而且加工方便，冷却条件好，由于铁轭屏蔽了线圈，外部漏磁通小，油箱和其他金属构件中的附加损耗小。但壳式结构线圈内无铁心，磁通密度低，要达到一定的电抗值，则要比心式匝数多，这样，增加了铜的用量，铜、铁损耗也增加，有效材料也要增加。另外，壳式电抗器的线圈通过磁通的辐向分量较大，所以线圈中的附加损耗往往达到线圈电阻损耗的75%～100%，大于心式电抗器。

3.2心式电抗器

心式电抗器具有带多个气隙的铁心，外套线圈。气隙一般由不导磁的砚石组成。由于其铁心磁通密度高，因此材料消耗少，结构紧凑，自振频率高，存在低频共振的可能性较少。心式结构通常在1.2～1.3的额定电压才能出现饱和。主要缺点是加工复杂，技术要求高，振动和噪声较大。

目前我国制造的高电压大容量并联电抗器只采用心式结构。

并联电抗器可按需要作成单相或三相结构。三相电抗器可以节省材料，附属设备简单，价格便宜，但三相三柱式电抗器的磁路结构有明显的问题。由于三相电抗器的磁路连在一起，互相影响，当三相输电线路非全相运行时，有可能因相间耦合带来谐振和过电压等不良后果。另外采用单相重合闸时，在单相断开后另外两相产生的磁通将通过断开相的铁心，在断开相的绕组感应出一个电压，该电压将使故障相的潜供电流增大，不利于熄弧。500kV及以上电压等级的并联电抗器，由于相间绝缘问题及热量较大，所以大多数采用单相结构。

由于并联电抗器的铁心有气隙，气隙对磁通通过的阻力比铁心大得多，所以磁力线通过硅钢片进入气隙时，存在着明显的气隙边缘磁通扩散现象（即漏磁）。电抗器磁场有如下规律：①在铁轭框架范围内与铁轭平行的空间，由于铁轭框架的存在，漏磁少；② 在垂直于铁轭框架空间，两侧铁心不能吸收这部分漏磁，漏磁多。由于并联电抗器内存在着大量空间漏磁，当它穿过金属件时会产生涡流，涡流的热效应会使金属件升温，为了降低漏磁的危害，可在电抗器外壳内壁采取磁屏蔽。

并联电抗器外壳可分为钟罩式和平顶式。钟罩式电抗器的外壳与底部用螺栓连接，现场检修时只需拆除底部螺栓，吊起钟罩即可。平顶式外壳多半采用全部焊成密封结构，密封性能较好，但现场检修时必须割开焊缝，施工较困难。

电抗器的冷却方式为油浸式，免去了油泵附属设备，运行维护比较方便和简单，在变电站失去所用电时也不影响并联电抗器的运行，超高压并联电抗器的外壳及散热片均能承受全真空。为了保证并联电抗器的安全运行，并联电抗器宜采用胶囊或隔膜式储油柜，还应装设压力释放阀、温度测量系统、油位指示器，气体继电器及其他保护装置。

4 电抗器运行注意事项

4.1电抗器在安装运行前应认真查看并合理安装

电抗器在运行前应对其外表认真查看，检查电抗器在吊装时绕组引出线是否被碰伤，电抗器外表是否有撞伤。然后根据按照规程进行试验并按照制造厂的安装图样进行安装。电抗器在安装时确保连接螺栓全部拧紧；在绝缘子与支座板之间垫上橡胶垫，使每只绝缘子受力均匀。在电抗器底座与水泥基础连接方式上，建议采用槽钢与基础预埋钢板焊接的方法。

电抗器现场安装后。要加设防护金属围栏和接地线。切勿将围栏闭合。一定要在适当处将其断开；连接接地线时，不要将接地线在电抗器的下方形成闭合回路。

4.2 对室内运行的电抗器要经常检查室内环境温度

电抗器运行时，其产生的热量要及时散发。电抗器安装在室内时，运行检测人员要经常观察电抗器室的运行环境温度。避免因散热不好造成环境温度过高的现象，必要时应在电抗器室内安装温度报警器，以便室内通风不良造成温度过高时及时发出告警。

4.3 电抗器运行噪声

干式空心电抗器由于其自身的结构特点，运行中的噪声很小，一般为50dB左右。如果在运行过程中发觉电抗器噪声出现增大现象，一般是由以下原因造成的。

（1）安装时未将螺栓全部拧紧。

（2）电抗器通风道中掉进了金属物，如螺栓、螺母、导线等。

（3）由于电抗器接线端部位的磁场较强，当采用电缆连接时，电缆头插入接线端后未压紧，造成松散导线在强磁场下产生振动。

4.4 定期清理电抗器表面

应定期对电抗器表面进行清理，清理方法可采用擦拭、高压气吹或在晴天时用适当压力的水枪先进冲洗。注意：如果电抗器表面涂的是RTV涂料，清理方法最好在晴天时用适当压力的散射式水枪进行冲洗，这样不会破坏RTV涂料表面的憎水性。

4.5 电抗器进行电磁兼容

某些高压补偿装置中的空心电抗器，对变电所中其他设备（如计算机）有电磁干扰超出净磁区。为了减少电磁干扰，可采用增加屏蔽钢板的厚度和增加屏蔽层两种办法。采用多层屏蔽的效果比增加钢板厚度要好。多层屏蔽的屏蔽层之间并不是彼此直接接触，而是隔有一定的空间。这个空间可以是空气，也可以是任何介质材料。

5 电抗器的故障处理及维护

电抗器出现下列故障时要及时进行维护处理。

5.1 电抗器局部发热

若发现电抗器有局部发热现象，则应减少该电抗器的负荷，并增强通风，必要时可采取临时措施，加装强力风扇吹风冷却，待有机会停电时再进行消除缺陷工作。

5.2 电抗器支持瓷绝缘子等故障的处理

若发现水泥支柱损伤、支持瓷绝缘子有裂纹、线圈凸出和接地时，则应用备用电抗器，或断开线路断路器将故障电抗器停用，并进行修理，待缺陷消除后再投入运行。

5.3 电抗器烧坏

如发现电抗器水泥支柱和支持瓷绝缘子断裂以及电抗器部分线圈烧坏等现象时，应首先检查继电保护是否动作，如保护为动作，则应手动断开电抗器的电源，停用故障电抗器，将备用电抗器投入运行。

5.4 电抗器表面放电

干式空心并联电抗器在干燥状态下不存在任何形式的表面放电现象。但在降雨时，温升较低的部位出现会导电性水膜盒较大的表面泄漏电流，在表面泄漏电流集中的端部汇流铝排附近，以及腰部表面的瑕点会出现污湿放电现象，并逐渐产生漏电痕迹。憎水性涂层则可大幅度抑制表面泄漏电流，防止任何形式的表面放电。端部预埋环形均流电极的结构改进措施可克服下端表面泄漏电流集中现象，即使不喷涂憎水性涂层或者憎水性涂层完全失效，也能防止电极附近干区出现电弧。顶戴防雨帽和外加防雨夹层，可在一定程度上抑制表面泄漏电流，是目前较好的结构改进措施。

5.5 电抗器高压套管升高螺钉断裂

故障第一个原因是本体的振动频率与均压环的振动频率不一致。均压环因为有变压器油的阻尼作用，其振动频率降低，加上均压环为单点、铝片焊接，其机械强度相对较差。在长期运行中，电抗器接地片（铝片、焊接）受与均压环振动频率不一致的振动影响，发生金属疲劳，产生裂纹。解决方法为，将升高座与本体尽量固定，减少振动不同步；故障的第二个原因是磁漏较大产生的环流发热，以及高压出线的设计缺陷和螺钉的表面氧化，使单个螺钉内产生局部涡流发热而导致其机械强度下降。解决方法是将升高座的固定螺钉更换为不锈钢螺钉，减少漏磁的影响。

5.6 气相色谱分析法诊断电抗器故障

一般充油电气设备内的绝缘油及有机绝缘材料在热和电的作用下会逐渐老化和分解，产生少量的各种低分子烃类及WO2、WO等气体并溶解在油中，当存在潜伏性过热或放电故障时，这些气体的产生速度就会加快。因此，在设备运行过程中采用气相色谱分析法定期分析溶解于油中的气体，根据气体的组份和各种气体的含气量及其逐年的变化情况等，可以判断故障可能的种类、部位和程度等，能尽早发现设备的潜伏性故障，并随时掌握故障的发展情况。

5.7 气体常见故障

铁芯电抗器运行故障多为运行中振动大，引起紧固件松动、噪声偏大，一般只需对紧固件再次紧固即可。另外还有铁心气隙分布设计不合理引起的局部温升过高；空心电抗器局部温升过高，导致绝缘损坏击穿，局部放电电弧烧毁，造成匝间短路，线圈被雨淋后出现包封表面爬电、过电压等。铁心电抗器出现故障时可以进行分解检修，更换损坏的部件；而空心电抗器如果线圈包封内部出现故障，通常无法修复，只能整体报废。铁心电抗器的故障率远远小于空心电抗器，而且具有较高的可靠性。

综上所述，我们可以知道，电抗器的运行维护及检修重要性和必要性。在实际应用中，应全面考虑种种因素的影响，给电抗器提供必要的运行条件，发现问题，应及时解决。尽可能减少电抗器使用过程中存在的隐患。那么，电抗器就能够正常稳定的工作。

[1].芮静康 主编 《常见电气故障的诊断与维修》机械工业出版社 2007年5月[2] 雷玉贵 主编 《变电检修》 中国水利水电出版社 2006年5月[3] 陈家斌 主编 《变电运行与管理技术》中国电力出版社 2004年5月