关于一起铁心电抗器烧损故障分析及运维要求

2018-01-03

电力设备管理 2017年7期

国网冀北电力有限公司张家口供电公司路杰艾晨光李冠群

铁心串联电抗器在实际运行中经常出现故障，给电网运行的稳定性和用电质量造成了一定程度的影响。针对已投运变电站一起铁心串联电抗器烧损故障原因进行分析研究，文中提出了对变电站在运电抗器的运行维护要求，防范了运行故障的发生，为减少直接和间接的经济损失提供了有益的参考。

铁心电抗器；故障；污秽；运行维护

0 引言

电抗器是电力系统不可或缺的电力设备，广泛应用于无功补偿装置，限制冲击电流或故障电流，补偿线路容性电流。铁心串联电抗器在实际运行中经常出现故障，给电网运行的稳定性和用电质量造成了一定程度的影响。铁心串联电抗器在电力系统无功补偿的主要作用为：利用电感电流不跃变的原理，限制电容器合闸瞬间的暂态涌流；利用电抗器和电容器电容互补原理，减小回路阻抗，以限制线路上高次谐波电流引起电容器组的过电流[1]。为了提高高压电器设备运行的可靠性，确保电力系统的正常稳定工作，在污秽等级严酷等特殊使用条件下，必须对电抗器进行特殊的防护及必要的巡检预防。从而提高供电的可靠性，减少直接和间接的经济损失。

1 铁心电抗器烧损故障分析

1.1 故障情况

某变电站10 kV 040电容器组出现跳闸故障，现场发现铁心串联电抗器铁心柱环氧树脂混合浇注料在高温下变性、烧损。040电抗器组C相铁心柱底部有黑色物质流出（图1），有烧糊气味；隔离刀闸温度异常，连接螺栓及铜排搭接处已碳化发黑（图2）；轴向拉紧螺杆螺母已震松脱落（图3）。产品型号：CkSC-600/10-12 户内使用；防护等级：IP00。该故障电抗器于2007年底投运，2015年2月发生故障，运行时间7年半左右。

1.2 故障分析

图1 电抗器铁心柱底部黑色胶体

图2 隔离刀闸接线端子排碳化发黑

经过电抗器厂家技术人员与变电站现场运维人员的共同排查，排查结果及原因分析如下：

（1）电抗器表面及铁心柱散热气道中堆积大量的絮状杂物，堵塞散热风道，电抗器运行期间铁心柱热量无法有效扩散，热量累计引起铁心柱温升过高，超过环氧树脂浇注混合料耐热温度后，加速绝缘变性、老化，最终导致铁心柱绝缘破坏，绝缘变性失效后沿铁心柱散落。串联铁心电抗器在运行中铁心柱有主磁通流过，在铁心片中产生磁滞损耗和涡流损耗，如果设计中磁密或铁饼散热面积等参数选取不当，也会造成铁心温升很高。目前干式串联铁心电抗器的气隙绝缘材料大多采用F级的环氧板，当铁心柱温度超过环氧板的最高耐热温度时，环氧的分解会加速绝缘材料的老化，严重时会使相邻铁饼局部点接触上，导致铁心温升更高，形成恶性循环，同时可能造成串联铁心电抗器噪音异常，严重影响电抗器的正常使用，并极大的降低了产品的使用寿命[2]。铁心柱与线圈之间用绝缘筒隔开散热气道，一方面起加强绝缘的作用，另一方面也是为铁心柱及线圈内包封进行散热的效率最大化。因此，必须保证此散热通道的畅通，才能有效的将运行中电抗器铁心柱热量散发。

图3 轴向拉紧螺杆螺母脱落

（2）隔离刀闸接线端子未能有效的压紧压实，在电容器组投切合闸涌流大电流经过时产生高温，甚至出现拉弧，烧蚀接线端子至碳化发黑。因此，在电力设备安装初期必须严格按照规范要求安装及调试，同时，在接线端子处涂抹导电膏以填充搭接端子排间间隙，增强导线性。对于投运时间较长的电力设备需要在设备年检时对失效导电膏进行复涂填充。

（3）电抗器运行中由于铁心硅钢片伸缩产生震动，轴向拉紧螺杆起到在轴向紧固铁心、线圈、上下夹件的作用，轴向螺杆拉力失效后，会造成电抗器整体刚性变差，震动加大，线圈、垫块、绝缘筒等出现不同程度的位移，进一步导致电气绝缘距离的失效，更为严重的会引起电抗器击穿的事故。硅钢片在合闸涌流时，磁滞应力比较大，长时间运行可能会导致铁饼松动、错位，甚至硅钢片短路发热。铁心电抗器线圈的匝数比较少，若出现匝间短路（或层间短路），体现在直流电阻上会很明显。此外，匝间短路电流往往是正常的上百倍甚至数百倍，极短时间铝线就能达到熔点，电抗器一旦出现匝间短路，数分钟便能引起燃烧。

2 外部环境对铁心电抗器产生的危害

2.1 该变电站四周为钢铁厂（图4），电容器室布满大量的煤炭灰（图5），炭灰具有一定的导电性，附着电抗器表面后，改变局部电场，威胁电抗器的安全运行。

图4 变电站附近的钢铁厂

图5 布满灰尘的电抗器及电容器室

2.2 电容器室布满絮状物质，各种异物（见图6）的累计、混合也会对电抗器产生危害。电抗器的气道上、夹件上、甚至流出的黑色胶体中都能明显存有大量的絮状物质。电抗器的气道及绝缘桶与铁饼之间的空隙是为散热及绝缘耐压设计的。当絮状物质大量填满上述区域后，会严重影响对流，这样必然引起温度累积过热。此外，当絮状物质上布满大量的煤炭灰后，相当于“搭桥”，缩短绝缘距离，当出现过电压时，易导致绝缘击穿损坏，产生的电弧会引发后续故障，如匝间短路。