10 kV电容器组串联电抗器铁芯烧毁原因分析

由 建，焦建红

（1.国网河北省电力有限公司石家庄供电分公司，河北 石家庄 050000；2.河北交通职业技术学院，河北 石家庄 050035)

安装并联电容补偿装置是提高电网功率因数改善电压质量、提高电网安全运行的重要手段。树脂浇注串联铁芯电抗器和电容器串联，主要作用是限制电容器投入瞬间产生的合闸涌流和消除系统中的多次谐波。串联电抗器在运行中常出现电抗器过流、异常发热、损坏，影响电网的安全运行的问题。本文结合一起10 kV电容器组串联电抗器铁芯烧毁的事故进行分析。

1 事故现场概况

2019年12月25日，变电站设备巡视期间发现该电抗器B相铁芯有烟冒出，有很大的烧焦气味，经人工拉闸断电。停电后近距离观察，故障为B相铁芯部位，环氧树脂和绝缘筒高温下发生变性分解并冒烟，如图1所示，形成的流体和残渣在现场明显可见，表面涂刷的防噪声漆也因高温熔化剥落，如图2所示。电抗器铁芯柱表面有大量木屑灰尘等杂物，如图3所示，B相线圈下部散热通道处有网状物。

图1 电抗器B相铁芯烧毁

图2 噪声漆融化剥落

图3 电抗器表面木屑灰尘

该电容器保护在12月23日2:24有一次保护事件记录“保护启动”，提取对应波形分析应该为电容器组投入运行时的过电流引起的保护启动。

2 事故处理过程及原因分析

现场对电容器接线进行检查，电容器组参数与电抗器匹配，排除了因两者容量不匹配造成的电流过大。对变电站内10 kV电压进行不间断监测，并未发现有谐波异常的情况，电能质量良好，排除了电容器组的谐波电流被放大或是某次谐波引起电容器组谐振致使电抗器过流、过热。

对该电抗器进行返厂试验，三相直阻相差不大，如图4所示，温升试验发现B相电抗值明显升高，温升实验B相升温很快，2 h已经超过绝缘耐受温度，试验中止。试验数据如表1所示。

图4 温升试验现场

对电抗器进行解剖，发现B相上部树脂和气隙隔板已经因为高温而碳化，AC相也因高温开裂。

表1 温升试验数值

通过以上处理分析，电抗器烧毁的直接原因是B相铁芯过热，温度超过周围绝缘材料耐受温度，造成绝缘材料高温分解燃烧，AC相芯柱因B相过热铁芯热传导，高温导致绝缘材料老化开裂。

电抗器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通也是交变的，这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，涡流损耗使铁芯发热。为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻。同时，硅钢中的硅使材料的电阻率增大，也起到减小涡流的作用。

该事故电抗器B相铁芯运行过程中过热，是由于铁芯装配过程中部分硅钢片绑扎固定不到位，从生产完毕至安装现场运输过程中，设备安装期间和带电运行过程中都有可能导致硅钢片松动错位，造成铁饼间气隙失效，气隙短路处，涡流损耗增大，导致铁芯发热，形成高温。同时拆解AC两相铁芯柱并未发现问题，铁饼完好，排列整齐。

因此生产制造过程是关系到电抗器质量的关键，需要制造厂家严格控制工艺质量，对铁芯硅钢片的剪切、叠装、绑扎定位、夹件安装等加强管控。同时在运输途中做好避免大幅度颠簸的防振措施。现场就位要轻吊轻放，安装时禁止遭受冲击，安装后检查电抗器紧固件的状态，发现松动要及时加以紧固。

根据现场电抗器表面有大量木片残留和网状物在气道处，很容易堵塞散热气道，造成电抗器过热，应加强运行维护，在运行一段时间后对铁芯表面、铁芯柱散热通道、线圈散热通道等处进行清洁，避免电抗器通风散热不良，长时间运行导致热量积累而造成影响。

值班员应将电抗器作为巡视的重点设备，特别是在负荷高峰期，应增加电抗器巡视和红外测温的次数，以便及早发现电抗器故障并及时切除电容器装置，避免事故扩大。同时，采取技术手段，给电抗器安装高温报警装置以便实时监控电抗器状态。

3 结束语

通过对事故电抗器的运行环境的分析、变电站10 kV母线运行电压的谐波监测，设备返厂后的温升试验以及对电抗器本体的解体分析，可以发现，对于电抗器三相直阻相同，但个别相温升较大或者烧毁，可以确定该相铁芯存在质量问题，导致涡流损耗大，需要及早退出运行处理。电抗器烧毁的主要原因是电抗器铁芯松动造成片间短路。针对铁芯松动，提出了在电抗器生产制造方面加强工艺质量控制、运输、安装、运行维护等方面防止铁芯烧毁的防范措施。对电抗器的生产、安装质量控制以及运行环境提出了要求。