一起阻容吸收器群裂故障原因分析及处理措施

李苏雅

（国网天津市电力公司电力科学研究院，天津 300384）

真空断路器切合过程中产生的大量操作过电压、工频过电压，将对系统安全运行产生一定消极影响。随着电力系统的快速发展，过电压问题以及过电压防治措施越来越受到人们的重视。阻容吸收器能够有效吸收过电压、抑制谐振，目前已得到广泛应用。但各个厂家阻容吸收器工艺、质量水平参差不齐，近年来阻容吸收器各种故障频繁出现。以下就一起220 k V阻容吸收器群裂故障进行试验解体，分析群裂故障原因，并针对该类故障给出相应解决措施和建议［1］。

1 故障概况

2013年9月，某220 k V变电站运行人员在巡视过程中发现该变电站18台在装阻容吸收器的电容器中有10台出现不同程度的瓷套开裂、漏油现象，运行人员发现问题后及时将故障设备切除。

该变电站运行3组220 k V三绕组单相主变压器，每组容量均为150 MVA。主变压器有3个电压等级，其中220 k V系统采用3／2断路器接线方式、每台变压器带有一段35 k V母线，3台主变压器的35 k V母线侧分别接有一组干式空芯并联电抗器，每组35 k V并联电抗器容量为400 k VA。每台并联电抗器前所用的断路器均为真空断路器，每台并联电抗器前分别并联1台阻容吸收器［2］。

2 故障原因查找

2.1 现场检查

该变电站所用阻容吸收器额定电压为35 k V，额定电容容量为0.6μF，电阻值为40Ω，设备型号LG35－0.6／40－1。该阻容吸收器由2台0.3μF电容器并联后与1台40Ω电阻箱串联而成，于2012年1月出厂，2012年7月投入运行。

经现场检查发现：该变电站有10台阻容吸收器电容器部分出现不同程度瓷套开裂和漏油现象，1号电容器开裂最严重，如图1所示，从瓷套顶端到瓷套底端全部裂开，瓷套底部还有小块瓷套裂掉的缺口，裂缝周围有大量油渍。阻容吸收器电阻箱部分未发现故障现象。

图1 1号电容器故障现象

2.2 诊断试验

为了详细分析阻容吸收器中电容器部分开裂的原因，同时对1台开裂电容器和1台未开裂电容器进行了多项试验，2台设备的局部放电、电容量、介质损耗测量等试验未发现明显异常。

2.2.1 着色渗透探伤法

为了观察到设备表面隐藏的小裂纹，在清洗完2台设备表面污垢后，首先用着色渗透探伤技术分别对2台设备表面进行着色喷涂，发现原开裂设备从设备3／4处至底端有1条不规则的明显裂纹，表面有少量气孔；原未开裂设备除在表面发现少量气孔外未发现裂纹。

2.2.2 局部放电测量及紫外仪观察

采用专用局部放电试验设备，分别对有裂痕和无裂痕2台电容器进行局部放电测量，检查设备绝缘性能。加电压至20 k V后，记录下试验数据，见表1。根据订货技术协议规定，阻容吸收器电容器的局部放电量不大于50 pC，因此，试验结果合格。另外，加电压至25 k V后利用紫外电晕成像仪检测设备表面，未发现放电现象。

表1 局部放电试验数据及紫外电晕成像仪检测结果

2.2.3 介质损耗正切值tanδ和电容值的测量

分别对有裂痕和无裂痕2台电容器进行介质损耗正切值tanδ测量、电容值测量，测量结果如表2所示。介质损耗正切值与出厂值比较无明显变化。试验电容值满足状态检修试验规程中单台电容器电容量与额定值的标准偏差在－5%～10%之间，且初值差小于±5%的规定。

表2 介质损耗正切值tanδ、电容值

2.3 故障电容器解体检查

为进一步确认这次站内电容器群裂、漏油的故障原因，对其中一台开裂电容器进行解体分析。在对开裂电容器解体分析过程中发现如下问题。

a.解体外瓷套后发现电容器二层浇铸表面出现2个较大气孔、少量小气孔和部分环氧树脂脱落现象，如图2所示。

b.第2层环氧树脂浇铸薄厚不均匀，薄弱层约0.1 cm，较厚层约0.5～0.6 cm。

图2 二层浇铸表面

c.设备内部6个电容器组层的连接线用绝缘胶带封接后未完全密封在环氧树脂中，第2层浇铸表面上可以清晰看到连接线的黑色绝缘胶带，由于连接导线被封在浇铸表面的原因，在二层浇铸面连接线附近都有较大气孔，如图3所示。

图3 二层浇铸表面裸露连接线绝缘胶带和附近气孔

d.瓷套表面开裂处有漏油现象，瓷套和第2层浇铸面，电容器组层与层之间、2层浇铸面均呈现明显油渍。

3 故障原因分析

根据该变电站基本情况、现场检查情况、各项诊断试验、解剖情况等，对阻容吸收器中电容器部分群裂故障的原因进行深入分析。

3.1 工艺方面

产品制造工艺存在缺陷，浇铸的环氧树脂表面及内部存在大量气孔。一层环氧树脂浇铸完成后放入瓷套中进行二次浇铸时，一层浇铸品位置歪斜、未处在瓷套正中间，导致二层环氧树脂浇铸薄厚不均匀；电容器组层的连接导线未完全浇铸在环氧树脂中，大部分裸露在二层浇铸表面，裸露导线周围存在较大气孔，导致电容器绝缘强度降低；由于浇铸工艺缺陷，环氧树脂内部、表面有大量空隙，当瓷套由于某些原因开裂后，一层浇铸内部电容器的表面油渍就有浸出瓷套。

虽然局部放电、紫外电晕成像、介质损耗、电容值测量的试验结果合格，但这些阻容吸收器存在的工艺缺陷是不容忽视的。当设备长期运行发热、外瓷套开裂或电网有较大波动时，这些隐藏缺陷很可能造成较大的设备故障，危害电网和人身安全［3－5］。

3.2 材质方面

通过解剖发现，除表面瓷套有明显裂纹外，内部环氧树脂浇铸体并未发现有开裂现象，说明在同样的温度、湿度、电压、电流、频率等运行条件下，环氧树脂浇铸体比瓷套有更强的韧性。一层浇铸体是放入瓷套中注入环氧树脂后，经过加热凝胶固化进行二次浇铸而成。由于环氧树脂和瓷套属于2种不同的材质，二者的热膨胀系数不同，产品在投入和退出运行中，由于温度变化就会产生应力即内应力。内应力的大小可按材料力学基本公式（应力＝变形×模量）进行计算和分析：

式中：σ内为内应力；ΔLs为树脂收缩、膨胀时变形量；ΔLα为树脂和瓷套膨胀系数之间的差异产生的变形量；αr为树脂固化物热膨胀系数；αm瓷套热膨胀系数；Δt为温度差；Er为树脂弹性模量。

环氧树脂热膨胀系数平均为65×10－6m／℃，瓷材料的热膨胀系数平均为3×10－6m／℃，二者相差一个数量级，二者之间存在较大内应力。当阻容吸收器遭遇冷热巨变、强电流冲击或者外力作用时，瓷套就很容易裂开。所以造成阻容吸收器瓷套开裂的主要原因是由于环氧树脂和瓷套两者膨胀系数相差较大造成的内应力［6－7］。

4 处理措施及建议

针对此次阻容吸收器群裂、漏油问题，建议采用以下措施，及时发现问题，避免类似故障再次发生。

a.由于环氧树脂和瓷套两者膨胀系数相差较大造成的内应力是本次阻容吸收器开裂的主要原因，建议厂家在改进浇铸工艺和抽真空工艺的同时，改良外瓷套材质，如不采用外瓷套二次浇铸，而采取全环氧树脂浇铸技术，或者采用金属外壳油浸式电容器替代外瓷套式电容器，这样就不存在环氧树脂和外瓷套之间应力问题，预防阻容吸收器开裂故障。

b.阻容吸收器中电容器浇铸工艺、抽真空工艺等工艺缺陷是设备内部油渍渗漏出表面的重要原因，而这些工艺缺陷带来的绝缘隐患也是不容忽视的，所以阻容吸收器制造工艺的提高也是提高产品质量、降低运行故障的必然途径。

c.如果发现阻容吸收器存在上述故障，可对变电站内基建情况进行分析，条件允许的情况下，可进行设备改造。例如，将并联电抗器前真空开关改造为六氟化硫开关或使用其他类型电容器取代瓷套浇铸式电容器，从根本上降低设备故障率，提高电网运行稳定性和安全性。

d.目前必须加强相同工艺产品的日常巡查、监测，重点检查阻容吸收器外瓷套是否有开裂、漏油现象，发现类似问题，及时解决。现场对于阻容吸收器的运行监测缺乏有效的手段，只能靠运行人员在日常巡查、监测中发现问题。常规监测（如，红外热成像和紫外线放电在线测试和诊断等）很难在第一时间发现阻容吸收器故障问题。因此，应探索通过其他监测手段，有效监测阻容吸收器的状态，及时发现开裂、漏油等故障，以避免其故障对电网和人员造成更大的危害［8］。

5 结束语

阻容吸收器作为一种能有效限制过电压幅值和频率的保护措施，在很大程度上降低了过电压对设备绝缘的危害，但阻容吸收器本身的设计、制造工艺、材质等缺陷引起的质量问题在投入运行后极容易产生各种故障，给电网的安全、稳定运行带来一定威胁，所以厂家改良设计、提高制造工艺迫在眉睫。在条件允许的情况下，也可进行设备改造，如对阻容吸收器电容器部分进行改造、对真空断路器进行改造，也能有效降低阻容吸收器故障率，提高电网运行安全性和稳定性。

［1］ 解广润.过电压及保护［M］.北京：电力工业出版社，1980.

［2］ 平绍勋.电力系统内部过电压保护及实例分析［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［3］ 魏显安.使用Rc过电压保护装置的分析［J］.高压电器，1996（2）：52－53.

［4］ 钱之银，杨凌辉，朱峰等.并联干式电抗器故障原因分析［J］.华东电，2000（12）：10－13.

［5］ 李胜川，崔文军，于在明等.500 k V变电站干式并联电抗器故障分析与建议［J］.变压器，2010，47（10）：69－73.

［6］ 顺特电气有限公司.树脂浇注干式变压器和电抗器［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［7］ 陈 平.环氧树脂［M］.北京：科学技术出版社，1996.

［8］ 周泽存.高电压技术第二版［M］.北京：中国电力出版社，2004.