电抗器发热故障案例分析

2020-07-27郭祥雄郭良峰高楠楠李宏博伍雪萍

山东电力高等专科学校学报 2020年3期

关键词：磁通电抗器导电

郭祥雄，李培，郭良峰，高楠楠，李宏博，伍雪萍

（1.国网武汉供电公司，湖北武汉 430000；2.国家电网有限公司技术学院分公司，山东济南 250002；3.国网宝鸡供电公司，山西宝鸡 721000）

0 引言

随着社会经济的高速发展，电力需求急剧增长，社会各行各业对电能质量的要求逐步提高。运行中不仅要重视有功负载，还要密切关注无功负载对供电质量的影响。

并联电容器能够送出感性无功功率，是电力系统中重要的无功补偿设备，其主要作用是就地提供感性负载所消耗的无功功率，减少线路等设备中传输的无功功率，提高功率因数，改善电压质量，降低电网的功率损耗，提高设备的供电能力。

在并联电容器无功补偿装置中，一般都装有串联电抗器，它的作用主要有两点：一是限制合闸涌流；二是抑制供电系统的高次谐波，用来保护电容器。可见电抗器在无功补偿装置中的作用非常重要。当电抗器发生故障时，不仅影响电网运行的可靠性，还会造成较大的经济损失。因此，采取有效的预防措施，防止电抗器故障的发生，对确保电网安全稳定运行具有重要意义。本文以某变电站电抗器发热故障为例，分析了造成电抗器发热的原因并提出相关措施。

1 事故发生过程

某变电站110 kV和10 kV母线接线方式均为单母线分段，电容器组配置在10 kV母线侧，为母线提供无功补偿，实现无功就地平衡，保持电压的稳定，保证电网的安全稳定运行[1]。电容器与电抗器的连接方式如图1所示。

2017年5月10日，某变电站10 kV 2号电容器不平衡电压保护动作跳闸。运维人员现场检查发现2号电容器组2-2电抗器A相、B相有烧损痕迹，如图2所示。铁轭与拉杆连接处的螺栓有烧融现象，如图3所示。对2-2电抗器进行红外测温，发现电抗器多处温度过高，下铁轭导杆处温度高达318℃，如图4（a）所示，上铁轭导杆处温度高达294℃，如图4（b）所示。

图1 电容器与电抗器的连接方式

图2 电抗器烧毁

图3 螺栓烧融

图4 红外测温图片

变电检修人员对2号电容器进行了全面检查，2号电容器、电缆、避雷器试验合格，外观无异常，发现2-2电抗器多处有放电现象，2号放电线圈存在一定受损。对电抗器进行绝缘电阻试验，发现电抗器三相线圈对地绝缘为零，线圈已击穿；放电线圈试验合格，但瓷瓶破损较严重。试验数据如表1所示。

表1 电抗器试验情况

通过红外测温发现电抗器铁扼与夹件处有严重发热现象[2]，通过绝缘电阻测试发现，铁扼与电抗器夹件处绝缘极低，为0.05 MΩ，包裹导杆的黄蜡管绝缘严重劣化。

2 故障案例分析

根据现场检查情况，分析本次故障的原因。

本批次电抗器生产工艺存在缺陷，夹件与铁扼处绝缘隔离的材质工艺质量不佳，铁扼与电抗器夹件处绝缘极低，几乎为零，包裹导杆的黄蜡管绝缘严重劣化。黄腊管属于软管，在穿芯螺杆安装紧固时容易压缩变形，使导杆失去绝缘护套，形成闭合导电和磁通回路。电抗器运行时，这些闭合的导电回路相当于小电阻的闭合线圈，在交变磁场下根据电磁感应原理闭合导电回路会产生较大环流，导致闭合导电回路严重发热[3]。

由于绝缘损坏，电抗器铁轭和夹件形成闭合的导电和磁通回路，如图5中方框所示。此时，若将该电抗器高压线圈等效为变压器一次绕组，这些闭合的导电回路可等效为该变压器的二次绕组。

运行中，根据电磁感应原理，不论电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势。长度为l的导体，以速度v在磁感应强度为b的磁场中做切割磁感应线运动时，在b、l、v互相垂直的情况下导体中产生的感应电动势的大小为blv。磁通量是否变化是电磁感应的根本原因。若磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势，在闭合电路中将产生感应电流。本案例中，绝缘损坏导致电抗器铁轭和夹件形成闭合金属回路，由于回路电阻小，感应电动势将产生较大环流。

图5 形成的闭合导电和磁通回路示意图

闭合回路中的环流将产生一个磁动势，作用于同一铁芯上，它与主磁通所产生的磁动势方向相反，起到去磁的作用。但因主磁通决定于电源电压，而电源电压基本上不变，所以主磁通也基本上不变。故一次绕组将增加一部分电流，以用它所产生的磁动势来抵消二次侧电流所产生的磁动势。可见闭合导电回路（等效为变压器二次绕组）会使得电抗器中绕组电流增加。

绕组的基本铜损耗是电流在一次、二次绕组电阻上产生的损耗，附加铜损耗是由于漏磁通产生的集肤效应造成电流在导体内分布不均匀而产生的额外损耗。铜损耗与电流的平方成正比。电流的增加造成线圈发热严重，长期发热使绝缘出现严重劣化，从而导致设备绝缘过热受损。

综上所述，这些外部闭合的导电回路中由于电磁感应产生电动势，该回路中将有电流通过，该电流的长期存在是造成电抗器整体严重发热并烧毁的主要原因。