交流电抗器工艺缺陷引起再生能装置故障停机原因分析

（厦门轨道交通集团有限公司，福建厦门市，361000）叶中桉 袁 俊

随着我国城市轨道交通的不断发展，对列车进站刹车制动电能再次吸收利用的装置得到广泛的应用。而作为再生能装置的重要组成部分，35kV能馈变压器低压侧的的交流滤波电抗器，对绝缘水平要求较低，存在一定的隐患和缺陷。本文主要对再生能装置的交流电抗器绝缘结构设计、工艺进行研究，指出引起再生能系统故障的问题所在，提出解决的办法和途径，为轨道交通牵引供电系统的安全、稳定运行提供参考依据。

1 事故起因

2019年10月24日，某地铁公司中央级PSCADA报：某35kV牵引变电站负极柜“再生能馈装置框架泄露保护电流型I段动作”、“再生能装置联跳信号动作”，再生能馈系统故障停机，35kV 331开关、DC1500V203开关跳闸。故障造成该35kV牵引变电站再生能装置退出运行。

2 35kV变电所保护动作情况及故障现象分析

2.1 变电所保护动作情况

现场查看站级PSCADA事件记录，显示再生能馈装置框架泄露保护电流型I段动作，钢轨电位限制装置电流II段、III段动作。查看再生能装置框架断路器事件，再生能装置B相变流器柜框架断路器电流速断保护（I保护）动作，故障电流4895A，框架断路器故障电流即为电抗器对铁芯放电电流，故障电流通过框架流入接地网，此故障电流远大于框架泄露保护电流型I段整定值80A，再生能馈装置框架泄露保护电流型I段动作正确。

现场轨电位装置显示故障时候最大对地电流为负3 000A，由于故障时刻再生能装置主回路对地（框架）放电，地电位抬升，导致钢轨电位限制装置晶闸管导通，地瞬时向钢轨反向放电电流达到钢轨电位限制装置电流II段、III段定值，钢轨电位限制装置动作正确[1]。（详见图1）

图1 再生能装置故障波形

再生能馈装置电流型框架泄露保护跳闸逻辑如图2所示，故障后实际跳开35kV331开关、DC1500V203开关，再生能装置故障停机，与保护跳闸逻辑一致，保护动作出口正确。

图2 再生能装置电流型框架保护跳闸逻辑

2.2 设备故障现象及检查

交流电抗器安装于再生能装置交流侧，主要用于逆变后的交流滤波，再生能装置一次原理图如图3所示。2号线再生能装置交流电抗器为某公司生产的L635A714uH-1PH（SL）型产品，额定电感为714uH。（详见图3）

图3 再生能装置一次原理图

现场查看再生能装置交流侧故障波形，故障时刻B相电压达到峰值，可判断为B相正常工作电压幅值达到了空气间隙击穿的临界点附近，累积至故障时刻空气间隙完全击穿发生故障，引起保护跳闸[2]。

现场检查再生能装置B相变流器柜交流电抗器铁芯发现放电痕迹，且B相（故障相）电抗器靠铁芯侧第一层绕组较其与铁芯间用于绝缘的环氧绝缘布高2mm，其余正常相电抗器环氧绝缘布均较绕组高约2mm；另一方面，电抗器第一层绕组与铁芯之间两侧均加装有绝缘挡板，以提升绕组与铁芯间的绝缘性能，但同型号电抗器接线端子排侧均未加装绝缘挡板，因此故障点处第一层绕组高出部分与铁芯之间仅依靠空气间隙绝缘，现场测量第一层绕组高出部分与铁芯之间的间隙为8mm，小于GB/T 21413.1-2008中要求的DC1500V裸带电体与地之间的最小空气间隙14mm。（详见图4）

图4 B相变流器柜交流电抗器故障点

现场对再生能装置交流侧三相电抗器进行了主回路绝缘、电感测量、耐压试验，测量结果如表1所示[3]。

表1 再生能交流电抗器检查结果

根据再生能装置现场测量结果，A、B、C三相电抗器电感均在误差允许范围（5%）内，三相电抗器不存在匝间短路故障；A、C两相电抗器主回路对地绝缘（铁芯通过框架接地，即为对铁芯绝缘）＞10GΩ正常；B相电抗器主回路对地绝缘为20MΩ，且耐压值不达标。

3 优化设备生产制造的设计工艺及验收标准

3.1 优化设备生产制造设计及工艺要求

对产品设计进行变更，在交流电抗器线包与铁芯之间，加一块1.0mmGP0-3绝缘板，使铁芯与最里层纸之间，再多一层绝缘[4]。要求生产单位对电抗器装配过程中进行工艺变更，需将线包最里侧纸使用胶布完全固定后，再撑“L型撑条”，撑条撑完后，再将固定用的胶布去除，防止绝缘纸下滑。（详见图5）

图5 变流电抗器绝缘设计及制造方案

3.2 提高设备验收检查标准

增加绝缘部件爬电距离的检验项目。外观检查是否加装绝缘防护板。电抗器线包里层绝缘纸与铝箔之间的错位必须高于7mm以上[5]。

4 结论

近几年，再生能装置在轨道交通行业得到广泛的应用，部分设备元件没有统一的设计标准，且制造工艺水平仍需进一步提高，通过此次对交流电抗器主绝缘设计的研究分析，其设备制造工艺质量将直接影响牵引供电系统的安全运行。因此，应该对再生能装置交流电抗器的绝缘状况进行密切关注，增加相关现场验收检查手段，及时发现问题，才能保证设备的运行安全。