高频脉冲振荡法在电抗器匝间绝缘检测中的应用

云南电网有限责任公司文山供电局 蒋体浩云南文山电力股份有限公司 李月芹



高频脉冲振荡法在电抗器匝间绝缘检测中的应用

云南电网有限责任公司文山供电局 蒋体浩
云南文山电力股份有限公司 李月芹

【摘要】电抗器作为变电设备的重要组成部分，对电网的稳定运行有着极其重要的作用，由于电抗器在长期运行过程中不可避免产生绝缘问题;因此，及时发现电抗器的匝间绝缘问题十分必要；本文为探索电抗器匝间绝缘检测的判别方法，利用高频脉冲振荡法对电抗器匝间绝缘进行测量分析，有效发现电抗器的匝间绝缘故障，证实现场用高频振荡法进行电抗器匝间试验的可行性和适用性。

【关键词】电抗器；高频脉冲振荡法；匝间绝缘；振荡频率；应用

1 引言

干式空心电抗器具有结构简单、线性度好、损耗低、维护方便等优点，在变电站内被广泛采用。然而由于电抗器的使用状况、维护管理、生产工艺等方面的原因， 电抗器匝间绝缘情况常有发生。一是由于电抗器存在匝间绝缘缺陷或者短路，直接使整个电抗器的电感量变化，造成电抗器的频率变化；二是由于短路匝的出现，短路匝将在电抗器内产生很大的环流，削弱电抗器的磁场强度，使电抗器的电感量L减少，从导致整个电抗器的电压和电流衰减速度加快；三是由于短路匝的出现，将打破电抗器固有的磁势平衡关系，引起电抗器中的电流分配关系变化，从而使整个电抗器的电压和电流衰减速度加快；综上所述，若不及时发现电抗器存在的匝间绝缘故障，将造成设备停运及其它重大运行事故。

因此，对电抗器存在的匝间绝缘故障及时发现是非常重要和必须的，本文提出对高频脉冲振荡法在电抗器匝间绝缘检测中的应用，利用匝间过电压检测和局部放电量检测电抗器在标定电压下的频率和电感量的变化情况，有效发现电抗器匝间绝缘故障。

2 现状分析

由于电抗器长期处于户外严酷的运行环境中，大气中的粉尘将在电抗器的表面集聚，会出现不同程度的污物沉积，导致表面泄漏电流增大；同时由于电抗器表面喷涂的绝缘性材料出现粉化、脱落现象，加之在潮湿环境下，电抗器表面污层直接受潮，这使得表面电场集中区域的水分蒸发较快，造成电抗器表面部分区域出现龟裂，引起电抗器的局部电阻改变；电流在该处形成局部的电弧，随着时间的推移，电弧不断发展并扩大，在电抗器表面形成树枝状爬电痕迹，形成沿面树枝状放电；加之电抗器运行中会产生很大的拉应力，虽然电抗器是经高温固化的一个整体，虽能抗很高的拉引力，但在每个包封的多层铝线间，会由于环氧胶未浸透或绕线不密实而在运行中振动，从而可能会使某根铝线焊点脱开或处于似断非断的状态，电抗器直流电阻增大；目前，从国内对干式空心电抗器的运行情况表明，线圈的匝间绝缘下降诱发电抗器损坏事件比例很高，严重时直接造成电抗器烧毁；所以电抗器制造厂家在不断提高电抗器制造质量，从外购件的准入，改进包封封装工艺、提高结构绝缘等关键环节的管控，而运行维护单位也在提升电抗器的运行维护水平，摸索新的、有效的电抗器的检测试验方法，不断掌握并拥有检测电抗器是否存在匝间绝缘缺陷的能力。

3 高频脉冲法的应用理论分析

3.1 高频脉冲法的基本原理

对大容量干式空心电抗器进行匝间绝缘试验，向电抗器施加高频电压，可以从电抗器电感量的变化判断有无内部缺陷，原理电路如图1所示。

图1　电抗器匝间绝缘检测电路原理图

图1中：T高压试验变压器；SS高压整流硅堆；R0保护电阻；Rh电阻分压器高臂电阻；Rl电阻分压器低臂电阻；G放电球隙；C高压储能电容器；Ch电容分压器高臂电容；Cl电容分压器低臂电容；L电抗器试品。

试验时先对电抗器施幅值为40kV的电压，观察并存储示波器的波形以供比较；然后调整调压器输出电压和球隙，按相关试验标准规定施加一分钟较高幅值(80kV)的电压，并录取示波器的波形。通过比较上述两个波形的振荡周期，若在全电压下出现匝间短路现象，两个波形的震荡周期和频率不同，在一个周期内相位差往往不是很大，但在震荡若干周期后，两个波形的相位将产生明显的差异，显现出前后两种试验电压下振荡频率和电感量的变化。由于加压时间较长(1分钟)，放电次数频繁(50Hz电源供电时，每分钟连续放电5000次，每次达数十微秒以上)，注入电抗器的能量远大于常规的雷电冲击试验。

3.2 高频脉冲测试技术

在L与C阻尼振荡过程中，如果电抗器有匝间绝缘缺陷现象，则由于电抗器线圈匝数随之变化，导致整个电抗器的电感量变化，反映出整个振荡电路的振荡频率也随之变化；而电抗器短路匝内的环流将造成电抗器的损耗增加，使整个振荡电路的电压和电流衰减速度加快。因此，通过比较电抗器在额定电压下两端的电压波形变化趋势，可以判断出电抗器线圈是否存在匝间绝缘缺陷。

4 应用试验

4.1 高频脉冲测试方法

对于单个电抗器，在电抗器两端分别施加标定电压和试验电压进行试验；一般来说，标定电压一般不超过试验电压的35%。通过比较标定电压和试验电压测得的电压波形，观察过零点的变化和衰减速度的快慢来判断绝缘是否完好。对于两个相同的电抗器，可以通过对他们之间的电压波形变化来判别绝缘是否完好。此外，若电抗器有匝间绝缘问题存在，在加压试验过程中通常会同时出现异响、烟雾以及爬电等现象，这些可以作为电抗器健康状况的判断依据。

4.2 试验数据分析

被试电抗器类型　串联电抗器电压等级　35kV标称电感量　5.77mH试验方式　震荡波匝间过电压试验试验数据A相标定电压（kV）　35.6　高压电压（kV）　128标定频率（kHz）　35.93　高压频率（kHz）　35.96标定电感量（mH）　5.95　高压电感量（mH）　5.94波形图：结论　正常B相标定电压（kV）　37.5　高压电压（kV）　128.6标定频率（kHz）　36.42　高压频率（kHz）　36.43标定电感量（mH）　5.80　高压电感量（mH）　5.79波形图：

结论　正常C相标定电压（kV）　37.5　高压电压（kV）　128.1标定频率（kHz）　35.79　高压频率（kHz）　35.77标定电感量（mH）　6.00　高压电感量（mH）　6.01波形图：结论　正常

4.2.1 无绝缘缺陷时电压波形对比结论：通过纵向比较单个电抗器的绝缘正常；横向比较电感量误差小于3%，振荡衰减频率小于2%；电抗器匝间绝缘正常。

4.2.2 无绝缘缺陷时电压波形对比

标称电感量　5.766mH A相标定电压（kV）　46.3　高压电压（kV）标定频率（kHz）　高压频率（kHz）标定电感量（mH）　高压电感量（mH）波形图：结论　绝缘有缺陷，B相标定电压（kV）　41.6　高压电压（kV）　128.1标定频率（kHz）　36.19　高压频率（kHz）　36.17标定电感量（mH）　5.87　高压电感量（mH）　5.88波形图：结论　正常C相标定电压（kV）　40.9　高压电压（kV）　128.9标定频率（kHz）　35.09　高压频率（kHz）　35.1标定电感量（mH）　6.24　高压电感量（mH）　6.24波形图：结论　正常

结论：从试验数据可以看出BC相的电感量误差6.3%，频率误差在3%，疑是由于A相出现问题，长时间相不平衡运行，导致BC也不一致，BC相建议重点观察；而 A相，绝缘存在故障，在衰减振荡试验过程中衰减波形明显变快，在复测的情况下（对端加压），还是出现同样波形；疑是内部已经存在匝间短路。

5 结论

通过高频脉冲振荡法测量电抗器的电感量误差、频率误差、直流电阻来综合判断电抗器的健康状况，当电抗器的匝间存在绝缘薄弱或短路时，采集的电压和电流波形衰减程度要比无绝缘缺陷电抗器波形衰减的快；衰减振荡电压和电流波形要比无绝缘缺陷电抗器情况的频率高；将其中电压、电流波形衰减快的电抗器排除，选择电感量误差、频率误差稳定的单体电抗器来组成组，为电力系统无功补偿提供有效的保障。

6 结束语

当前单纯依靠测量电抗器的直流电阻、耐压试验和局放试验很难反应出来电抗器的制造工艺不均衡问题。本文通过高频脉冲振荡法测量电抗器的匝间绝缘来验证电抗器的健康状况，实践表明通过比较电抗器两端电压波形的衰减速度和过零点位置可以准确判断电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，证明高频脉冲振荡测试方法能够有效检验大容量并联电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，可作为判断电抗器绝缘性能的一项重要指标；并可逐步取代传统测量电抗器的直流电阻、耐压试验来判断蓄电池的健康状态。

参考文献

[1]魏新劳,王永红,陈炯,杨一民,姚大军.用脉冲电压法进行干式空心电抗器匝间绝缘试验[J].黑龙江电力,2001(4):23.

[2]魏新劳,麻森.多层并联空心电力电抗器磁场的解析计算方法[J].变压器,1993(2).

[3]王瑞科,郭香福.干式空心电抗器匝间绝缘故障对总体特性的影响及检测方法[J].变压器,2000,9.

[4]张良.35kV干式空心电抗器匝间绝缘现场试验[J].电机与控制学报,2014,6.

蒋体浩（1976—），男，工程师，本科，现供职于云南电网有限责任公司文山供电局。

李月芹（1974—），女，工程师，本科，现供职于云南文山电力股份有限公司。

作者简介：