高频脉冲振荡法检测干式空心电抗器匝间绝缘缺陷

南方电网玉溪供电局 李达 杨红伟 王庸道 冯程 史玉清

0 引言

近年来相关事故分析报告以及工作总结表明，引起干式空心电抗器事故的主要原因是匝间绝缘缺陷，占事故的90%以上，且匝间绝缘缺陷在没有发展到一定程度时，现有的试验手段很难检测出来[1]。

传统的阻抗测量和红外测温等方法无法检测出电抗器的早期绝缘缺陷[2]，导致有绝缘缺陷的电抗器长器在电网中运行，最终引起多起严重的电抗器烧毁事故。近年来国内开始使用高压高频振荡法在现场检测电抗器匝间绝缘故障。

1 现阶段电抗器的使用现状

由于电抗器长期处于户外严酷的运行环境中，电抗器绝缘性能不可避免受到气候因素影响。受到外部环境的影响，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，在潮湿环境下，电抗器表面受到影响，其水分蒸发比较快，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，在时间的不断推移下，电弧会不断发生扩大，产生拉应力[3]。

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，干式空心电抗器烧毁事故频发，严重影响电力系统的安全运行，也带来了较大的经济损失[4]。所以，在各个环节都需要加强重视，不断提升电抗器的制造质量，还要提高其管控水平，做好电抗器的运行维护，实现电抗器的有效发展。

2 检（监）测手段

针对电抗器自身缺陷，提出的主要检测方法有：外观检查、在线监测、离线检测等。通过这些检测手段了解电抗器健康状态。

2.1 在线检测

干式空心电抗器故障多数源于绕组包封内部发生局部放电，导致绕组匝间短路甚至贯穿式放电，最终将干式空心电抗器烧毁。运用传感器实时监测电抗器每一层包封的分布电流数据，用无线发包方式将数据回传入监测系统，结果显示该系统能准确测得分布电流值，为干式空心电抗器实时监测提供重要的理论依据和设备支持[4]。

目前对在线监测研究主要是通过加装传感器等方法或对设备进行改造等来测量电抗器温度的变化，但受到环境等因素影响，该类方法并未普及。

2.2 离线检测

离线检测法大多应用于电抗器已发生损坏，探究电抗器故障的原因。常用检测手段测量电抗器匝间故障时主要是对阻抗值进行测量，而电抗器在发生故障前或刚发生故障时，阻抗值变化并不明显，不能有力地预防匝间绝缘事故。

3 高频脉冲振荡法匝间绝缘检测

3.1 高频脉冲法的原理

从整体上分析，在对大容量干式空心电抗器进行匝间绝缘试验的时候需要施加高频电压，这样可以通过分析电抗器电感量变化的情况对是否存在缺陷加以了解，其中利用高频脉冲振荡法测量电抗器匝间绝缘的电路原理图见图1。

图1 电路原理图

在对其进行试验的时候需要了解电抗器的电压数值，并且对示波器的波形进行观察与分析，调整调压器输出电压的球隙，严格按照相应的标准施加电压，从而获得较为准确的示波器的波形。

另外在对上述两个波形的振荡周期进行分析的时候得知，如果出现匝间短路，那么其震荡周期与频率是不同的，期间存在明显的差异，还有便是加压时间超过 1min 之后，放电次数更加频繁，所以电抗器能源要比雷电冲击试验的能力更大。

在一个工频周期内，电容Cc先由整流电源充电。当被充电至试验电压值时，可控放电球隙S放电，电容Cc与被试线圈L形成阻尼振荡[5-7]。振荡放电电压衰减到足够小时电弧熄灭，下一工频周期重复以上过程。每周期完成1次充放电，1分钟完成3000次放电，工频电压波形和主电容Cc上的电压波形如图2所示。

图2 工频电压波形与电容C上的电压波形

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。

3.3 高频脉冲振荡法试验方法

3.3.1 试验装置

在本次试验中为进一步提高试验效果主要采取了当前无触点高压电子开关，并利用这一装置代替普通的放电球隙，对于数据采集则是利用工业平板电脑所替代，进而检测出空心电抗器匝间绝缘的缺陷[8]，采用的电抗器匝间绝缘检测设备能够满足GB1094.6要求。同时，还可完成相应基于振荡波检测技术的测试实验，对干式空心电抗器开展现场匝间绝缘试验具有重要意义。其中该试验装置的原理图见图3。

图3 装置原理图

3.3.2 试验结果判定

在进行试验结果判定的时候，其试验程序需要在电抗器两端施加不高于 20%的试验电压作为主要的标定电压，并及时对电压波形进行记录，然后施加全电压，其中需要了解到的一点是在本次试验中需要包含3000个要求幅值的过电压，其时间要持续1min，并且在整个试验过程中需要对电压波形加以记录，采取的公式为：

4 结语

在本次研究中对干式空心电抗器短路故障问题展开了分析与研究，并且应用了高频脉冲振荡法对其进行检测，经检测可以了解匝间绝缘所存在的缺陷。根据电力系统电抗器匝间绝缘检测的要求，本文研究了基于高频脉冲振荡法的电抗器匝间绝缘检测方法，并对电力原理图进行了理论分析。利用高频脉冲振荡法对于干式空心电抗器匝间绝缘试验具有重复次数多，能量密度大，易于分辨匝间短路故障的特点，简化了试验流程，且提高了工作效率，对于电抗器匝间绝缘现场测量具有重要意义。