解析干式空心电抗器匝间绝缘检测技术

姜望

【摘 要】干式空心电抗器匝间常出现绝缘故障，直接地影响到干式空心电抗器运行的稳定性。本文分析了关于高压高频振荡的干式空心电抗器匝间绝缘检测技术的研究，并阐述了一套适用于干式空心电抗器的现场检测系统，有效地解决了送端电网长期存在的干式空心电抗器绝缘故障检测手段不足的技术问题。

【关键词】干式空心;电抗器;匝间;绝缘检测技术

干式空心电抗器具有结构简单、损耗小、免维护、低噪声、方便安装等优点，在电网中得到广泛使用。干式空心电抗器常在户外运行，电抗器絕缘性能受到气候、绝缘老化、电压波动等因素影响，使其在运行中遇到各种问题，严重时会引起着火甚至爆炸等事故，给电力系统运行带来了巨大的安全隐患。近年来，关于干式空心电抗器的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。为了减少电抗器事故造成的损失，因此，研究电抗器匝间绝缘检测方法具有十分重要的意义。

1干式空心电抗器

干式空心电抗器是基于电磁感应原理制成的电感线圈，常用于增大线路的短路阻抗，限制线路中的短路电流，维持母线电压的稳定。干式空心电抗器因具有独特的物理结构、较强的机械性能和良好的绝缘特性，自20世纪70年代起，在我国电网系统中被广泛应用。干式空心电抗器呈双层圆柱筒状，内部掏空，内外层之间由若干细金属线圈绕制包封而成，线圈包封又由多根金属导线并联组成，线圈包封之间由浸有环氧树脂的玻璃纤维隔离，匝间绝缘性能主要取决于包裹聚酯薄膜的绝缘性。干式空心电抗器的等值电路如图1所示。

2干式空心电抗器匝间绝缘故障分析

2013年以来，某供电局辖内两所变电站共发生8起35kV干式空心电抗器烧毁事件，严重影响了变电站的安全运行。2018年3月，某电科院、分管供电局和电抗器厂家共同对某烧焦空心电抗器进行了现场解体，分别对电抗器的选用材料、制造工艺和故障前的运行数据进行了分析，对干式空心电抗器的故障原因进行多次讨论。经过现场分析和讨论，认为引起变电站干式空心电抗器绝缘损坏的原因主要是匝间绝缘老化、匝间短路和散热效果不佳等。从干式空心电抗器的运行环境来看，大部分电抗器自投产以来长期处于高温、潮湿环境，因此匝间内部绝缘老化问题较为突出，其绝缘聚酯膜的性能远低于F级绝缘材料的要求;其次，由于材质和生产工艺原因，匝间绝缘能力降低，极易引起线圈包封内部导线短路，产生高额短路电流，使干式空心电抗器烧毁。另外，在干式空心电抗器运行中缺少有效的绝缘监测手段，无法实时监测干式空心电抗器内部的绝缘性能和温度变化过程[1]。

3干式空心电抗器匝间绝缘检测技术

3.1技术研究思路

项目主要以理论研究、系统研发和技术应用为主线。首先，对干式空心电抗器现场试验存在的问题和技术难点进行分析，结合高压高频振荡的技术原理，完成干式空心电抗器振荡波频率特性、数值及检测方法的理论研究。其次，对高压直流充放电工作原理进行研究，对试验电气参数进行整定和优化。再次，研发一套适用于干式空心电抗器的现场检测的可移动、便携式的振荡高压脉冲试验装备，并制定相应的测试方案。最后，根据项目研究所确定的测试方案，开展基于干式空心电抗器的现场检测试验，并根据现场试验结果逐步改进测试系统和测试方案，真正做到理论与实践的紧密结合。

3.2匝间绝缘检测理论基础

干式空心电抗器的检测主要以干式空心电抗器的等值电路模型和基尔霍夫电流定律为理论基础，以高压高频振荡原理为技术核心，电路方程组如式（1）所示。首先，通过高压直流电源向主电容进行充电;然后，使用高压软导线和试验开关将直流电压输送至被检测的干式空心电抗器上。再利用测试仪的二次接线及测量模块，采集干式空心电抗器上的高频脉冲振荡波形和动态参数。最后，与干式空心电抗器的等值电路和数学方程组的计算结果进行校核。

3.3干式空心电抗器现场检测系统

本文所提出的干式空心电抗器现场检测系统是由测试仪、直流高压发生器、放电与测试单元组成。系统中测试仪由操作箱与测量元件构成，主要实现试验流程的操作，完成高压分压器、示波器电压信息及波形的采集。直流高压发生器由试验变压器、保护电阻及高压硅堆等组成，主要实现每分钟3000频次0～200kV（ZT200型）连续可调直流高电压的输出。放电与测试单元则由放电球隙、阻尼电阻、主电容和分压器等集成，主要用于试验电压大小的调节，电压测量精度可达0.2级。

4现场检测应用

2018年10月，该供电局基于干式空心电抗器匝间绝缘检查技术的研究成果，选取了10台干式空心电抗器进行了匝间绝缘性能检测，并成功检测出3台干式空心电抗器匝间存在绝缘性能不满足标准的技术要求。干式电抗器匝间绝缘性能良好的现场检测波形如图2a）所示，匝间绝缘故障干式空心电抗器的检测波形如图2b）所示。图2中两组检测波形的对比，证明了本文所提出的基于高压高频振荡原理的现场检测技术是可行的[2]。

结语

匝间绝缘故障是干式空心电抗器最为常见的故障类型，导致干式空心电抗器出现匝间绝缘故障的主要原因有散热不良、绝缘材质裂化、结构工艺问题等。在实际检测过程中，通过对干式空心电抗器匝间绝缘进行考核是一种较为有效的检测方法，通过对波形进行对比可以将干式空心电抗器匝间绝缘故障判断出来，因此，技术人员在进行干式空心电抗器匝间绝缘监测时，可以充分借助这项检测技术，提升干式空心电抗器匝间绝缘监测的效率，增强干式空心电抗器运行稳定性。

参考文献：

[1]楚金伟，陈伟民，张良，等.干式空心电抗器烧损故障分析[J].广东电力，2016，29（7）：117-121.

[2]张晗，蔡延雷.一起500kV变电站干式空心电抗器故障原因分析[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（1）：47-50.

（作者单位：国网山西省电力公司检修分公司）