500 kV高压并联电抗器故障分析及处理

安　滨，陈仁刚，林俊年

（国网山东省电力公司检修公司，济南　250118）

500 kV高压并联电抗器故障分析及处理

安滨，陈仁刚，林俊年

（国网山东省电力公司检修公司，济南250118）

为解决某500 kV变电站高压并联电抗器乙炔超标的问题，利用油色谱及超声波局放检测相结合的方法，对故障类型和位置进行分析判断，得出乙炔超标是由悬浮放电产生的结论，并利用超声法对故障点位置进行准确定位。排油内检后验证了分析结论的正确性。最后，结合实际情况提出了相应的处理措施和反事故措施。

高压并联电抗器；色谱分析；超声波局部放电；故障诊断；乙炔超标

0　引言

并联电抗器是接在超高压电网线路上的大容量电感线圈，用来进行无功调节，解决电网无功功率过剩，电压偏高的问题，从而提高电力系统的稳定性。并联电抗器在500 kV电网运行中起着非常重要的调压作用。

随着我国超高压电网的不断完善，挂网运行的并联电抗器日益增多，且其故障数量明显高于同电压等级的变压器，如果不防患于未然，将会危及电力企业安全生产。电抗器故障分为内部故障和外部故障，内部故障主要是由电抗器本身的振动导致，表现为内部螺栓的松动、均压球的断裂等；外部故障主要表现为电抗器套管的沿面放电、器身的渗漏油等。一旦电抗器发生故障，如果处理不及时就会导致事故的扩大，危及电力系统安全运行［1］。以一起500kV高压并联电抗器故障为例，详细分析其故障原因及处理过程，并提出具有针对性的预防措施。

1　故障概述

某500 kV高压并联电抗器 （简称高抗），型号BKD-50000/500，于2012-09-21投产。2014-04-10进行常规绝缘油色谱试验时，发现A相高抗色谱数据乙炔含量超标，怀疑高抗内部出现故障，随即对其进行跟踪测试，检测结果如表1所示。

表1　电抗器历次色谱分析数据

2　故障检测与分析

2.1油色谱检测与分析

气体色谱分析是诊断充油电力设备内部故障的重要方法，具有诊断及时、准确的特点［1］。正常运行情况下，电抗器内部的绝缘油，在热和电的作用下，会分解产生少量的一氧化碳、二氧化碳以及低分子烃类等气体，这些气体大部分溶解在绝缘油中，但在物理上难以分离。根据这些气体与油的保护和循环系统、含水量、温度、负荷等因素之间的关系，可以通过分析这些气体来判断设备是否发生故障。有故障时，会加速这些气体的产生，但是不同故障的特征气体和次特征气体不同［2］。由表1可以看出，乙炔超过DL/T 722—2000《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定的1 μL/L的注意值。在追踪分析时，各种特征气体的含量均有上升趋势，所以初步断定该电抗器存在内部故障。

2.1.1总烃产气速率判定法

由于多数故障的起始状态属于低能量的潜伏性故障，随着时间积累易发展成含能量较高的严重故障［3］。因此，仅仅根据特征气体含量的注意值，难以准确地判定电抗器故障的严重程度。特征气体的绝对产气速率可以直观反映出故障的发展趋势，需对其进行分析以对故障做出正确判断。

当油中特征气体乙炔的含量超过正常注意值1 μL/L时，需采用绝对产气速率法判断故障的严重程度。绝对产气速率为

式中：γa为绝对产气速率，mL/d；Ci1为第一次取样测得油中气体浓度，μL/L；Ci2为第二次取样测得油中气体浓度，μL/L；Δt为二次取样时间间隔中的实际运行时间，d；G为设备总油量，t；ρ为油的密度，t/m3。

电抗器绝对产气速率注意值如表2所示［3］。

表2　电抗器（变压器）的绝对产气速率注意值　mL/d

根据表1中的数据，从4月17日取样到4月24日取样之间（7天）由式（1）计算得到乙炔的绝对产气速率γ1＝（1.25-1.17）/7×18.2÷0.865＝0.24（mL/d）；从4月24日取样到5月1日取样之间（7天）计算得到乙炔的绝对产气速率 γ2＝（1.36-1.25）/7×18.2÷ 0.865＝0.33（mL/d）。

从4月17日至5月1日每相邻两组数据计算的绝对产气速率均大于注意值0.2 mL/d。因此，根据绝对产气速率可以进一步判断电抗内部存在故障。

2.1.2三比值法

三比值法通常是判断变压器和电抗器等充油电气设备故障性质的主要方法，因此，采用三比值法可以对设备的故障程度做出进一步判断。根据气体（CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2）的含量值，对3对比值进行编码，编码规则如表3所示。根据编码可对故障类型进行判断，编码与故障类型的对应关系如表4所示［3］。

由表 1的数据计算可得，φ（C2H2）/φ（C2H4）、φ（CH4）/φ（H2）、φ（C2H4）/φ（C2H6）对应的编码组合为1∶2∶2［4］。由故障类型的判断方法（表4），可以判定电抗器的故障为低能量放电兼过热。

表3　编码规则

表4　三比值编码与故障类型对应关系

2.2超声波局放检测与分析

超声波局部放电检测技术是一种应用相对成熟的带电检测方法。设备局部放电时都会产生超声波，产生的超声波会向周围介质传播，超声波局放检测就是通过安装在电抗器油箱壁上的超声波传感器将监测到的超声波信号转换为电信号，进而判断局部放电水平。同时，通过将超声波信号探头放到不同位置，可以确定局部放电的位置，实现对局部放电位置的准确定位［5］。

对A相电抗器四周器身进行超声波局放检测，试验人员在高压套管和中性点套管，如图2所示。下部油箱检测到放电信号，如图1所示，A相高压套管下部油箱检测到的信号幅值较大且具有周期性，属于典型的局部放电图谱，A相中性点套管周围的信号幅值较小，不属于局部放电图谱，初步怀疑此信号为高抗内部铁磁介质由于磁致伸缩而引起的振动噪声，为进一步确定结果，对B、C两相中性点套管相应位置处进行超声波局部放电检测，如图3、图4所示，可以看出B、C两相中性点相应位置也检测到类似的超声波信号，由此可以判断出放电点应在A相高压套管周围。为进一步对故障进行精确定位，试验人员在高压套管周围设置4个探头，其中探头1、2、3发现超声信号，探头4未发现超声信号，探头1、2、3均位于高压套管均压球周围，通过以上超声波局放结果分析，高抗的放电位置应该在高压套管均压球位置或是高压侧器身相应位置。

2.3故障原因分析

综上检测分析可知，此次故障属于电抗器内部故障，通过电抗器内部的油色谱分析判定此次故障为低能量放电兼过热缺陷，低能量放电通常是不同电位之间由于接触不良产生悬浮电位，进而产生放电，主要是由连接螺栓松动所致。结合超声波局放定位检测可以得出，产生此次电抗器故障的原因可能为高压套管尾部与均压球连接处螺栓松动或高压侧器身某处铁螺栓松动。

图1　A相高抗高压套管超声波局放图谱

图2　A相高抗中性点套管超声波局放图谱

图3　B相高抗中性点套管超声波局放图谱

图4　C相高抗中性点套管超声波局放图谱

3　现场检查及反事故措施

3.1现场检查

通过对电抗器内部螺栓的检查，发现高压套管尾部与均压球连接螺栓的上螺栓松动，如图5所示，这与超声波局放的检测结果一致，验证了之前故障分析的正确性。根据现场检查结果分析，高压套管尾部与均压球连接螺栓在生产过程中可能存在螺栓紧固值不达标的问题，长时间运行后由于振动螺栓进一步松动，导致此处产生悬浮电位，进而产生放电产生乙炔。将该螺栓紧固，投运后至今运行正常。

图5　松动螺栓位置示意

3.2反事故措施

为避免此类故障再次发生，提出防范措施包括：加强电抗器的出厂监造，特别是加强电抗器内部紧固件的质量管控力度，确保电抗器出厂质量；在日常运维中，定期进行油色谱试验，以便发现电抗器的早期缺陷，当发现故障时，缩短油色谱试验周期，有效掌握电抗器故障的发展情况；综合利用超声波局部放电试验技术进行检查，准确判断高抗故障情况，进而及时停电检修，防止高抗故障的进一步扩大，以减少损失。

4　结语

针对500 kV某变电站并联高抗出现乙炔的情况，通过电抗器油色谱分析和超声波局放试验确定了高压套管尾部与均压球连接螺栓松动是产生乙炔的主要原因，并且准确定位了故障位置，现场排油内检后，验证了分析的正确性，并且针对此次故障原因提出了相应的反事故措施，为以后进行相关设备的检修提供了经验，为电抗器的安全稳定运行奠定了基础。

［1］王伟，韩金华，李德志，等.河南电网500 kV并联电抗器运行状况分析［J］.高压电器，2009，45（4）：82-85.

［2］魏东亮，肖魁欧.蔺河500 kV变电站蔺廉线电抗器油色谱异常原因分析及故障处理［J］.河北电力技术，2003，22（4）：38-40.

［3］DLT 722—2000变压器油中溶解气体分析和判断导则［S］.

［4］付汉江，周涛，刘欢.用气相色谱分析法诊断电抗器故障［J］.电力设备，2005，6（6）：59-62.

［5］徐亮，顾岩，郭延龙.两种检测方法联合诊断电抗器放电故障［J］.山东电力技术，2013，40（6）：21-23.

Fault Analysis and Treatment of 500 kV Substation Shunt Reactor

AN Bin，CHEN Rengang，LIN Junnian
（State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China）

To solve the problem of excessive acetylene for high-voltage shunt reactor in 500 kV substations，the fault type and location are analyzed and judged by means of the combining method of oil chromatographic analysis and ultrasonic partial discharge.Inspection results indicate that the cetylene is produced by suspended discharge，and the fault point is accurately positioned by the ultrasonic method.With the oil discharged，internal checking results verify the correctness of the previous conclusion.Finally，combined with actual situation，treatment measures and anti-accident measures are put forward.

high-voltageshuntreactor；chromatographicanalysis；ultrasonicpartialdischarge；faultdiagnosis；excessiveacetylene

TM472

B

1007-9904（2016）01-0077-04

2015-08-09

安滨（1990），男，助理工程师，从事变电检修工作；

陈仁刚（1984），男，工程师，从事变电检修工作；

林俊年（1989），男，从事变电检修工作。