750 kV油浸式电抗器套管升高座热像分层原因分析

刘威峰，周秀，马云龙，罗艳，田天

(国网宁夏电力有限公司电力科学研究院，宁夏 银川 750011)

在某750 kV变电站750 kV油浸式高压并联电抗器红外精确测温发现Ⅰ线电抗器出现明显红外热像分层现象，与Ⅱ线电抗器该部位热像存在明显差别。根据DL/T664中表面温度判断法、同类比较判断法判断Ⅰ线电抗器套管升高座存在疑似缺陷[1-5]。试验人员及时开展多种局部放电检测技术进行检测诊断和油中溶解气体分析，均未发现异常、异常放电或内部故障缺陷。针对于此，技术人员从热学理论特性分析比对两组设备结构参数，判断是由于升高座内装有套管式电流互感器引起套管升高座部位结构尺寸紧凑，热油循环不畅，散热不均匀引起较大温差分界面；并通过Fluent流体温度场仿真分析验证了套管升高座部位结构紧凑，热油循环不畅，散热不均匀引起热像分层的判断。

1 红外热像异常现象

Ⅰ线C相电抗器、Ⅱ线C相电抗器红外成像(环境温度18 ℃)见图1和图2。图1中Ⅰ线电抗器C相升高座红外热像中热点温度约45.3 ℃，热像分界面上下温差约3.2 K，热点温升约17.3 K。图2中Ⅱ线电抗器C相升高座红外热像中未见明显热像分层变化，热点温度约41.2 ℃，温升约13.2 K。Ⅰ线C相电抗器、Ⅱ线C相电抗器两台电抗器升高座热点温升均未超过表1的温升限值。根据DL/T 664内表面特征法分析：Ⅰ线电抗器套管升高座存在明显的温差分界面，下部温度较高而上部温度相对较低，而同厂家设备Ⅱ线电抗器未见异常，初步怀疑Ⅰ线电抗器套管升高座位置存在缺陷。

图1 I线C相电抗器红外热像图谱

图2 II线C相电抗器红外热像图谱

表1 油浸式变压器温升限值

2 原因分析

2.1 理论分析

引起油浸式电抗器(变压器)套管升高座温升较大的原因主要有[6-8]以下三方面:

(1)电抗器套管里导体流过交流电流在封闭导体外壳上产生感应电流，由于法兰及螺栓接触电阻大，导致发热严重;

(2)电抗器磁场在套管升高座法兰上形成涡流，并在升高座法兰平面上产生热效应;

(3)热传递时传输不畅引起局部温升增大。

升高座内是油纸电容型套管，套管导电杆漏磁在升高座外壳形成涡流热效应极其微弱，可以忽略，图1、图2红外热像图谱特点排除了由于漏磁引起的热效应，所以油浸式电抗器升高座的热源主要由绝缘油热传递而来，热量来源由两部分构成:一部分来自电抗器铁心损耗产生的热量和电抗器绕组产生的热量，并传递到升高座表面；另一部分是由于升高座内套管导电杆、电流互感器发热而产生的热量传递到升高座表面[9-11]。若绝缘油循环不畅或局部缺陷,可导致升高座部位异常发热，电抗器铁心和绕组存在的缺陷也会引起电抗器局部温度升高而导致油温过高,传递到箱体和升高座。利用超声波局放、特高频局放、高频局放、振动成像、以及在线油中溶解气体分析和离线油中溶解气体检测技术进行分析均未发现异常数据，排除了内部接触不良造成的缺陷或故障。为准确分析电抗器升高座异常发热原因，从电抗器内部发热特点、电抗器容量、升高座部位结构特点、利用FLuent软件流体温度场进行仿真分析。

2.2 电抗器差异分析

I线电抗器(型号BKD-100000/800-110，额定电流216.5 A，套管型号BRDLW-800/800-4)与II线电抗器(型号BKD-70000/800-110，额定电流151.6 A，套管型号BRDLW-800/800-4)相同之处为两组电抗器同厂家设备，所用高压套管同厂家同型号、升高座尺寸相同；不同之处为两组电抗器容量不同，通流能力不同，高压套管升高座结构有差异。

红外精确测温时两组电抗器均在相应额定电压下运行。根据热理论分析I线电抗器容量、通流能力较大，故产生热量相对较大，绝缘油热量较高[11]。升高座内套管或电流互感器(CT)容量不同，固定方式不同引起图3中套管电流互感器与升高座壁间隙过小(与II线电抗器相同部位相比较)。升高座内部结构存在差异，产生热量大，间隙过小绝缘油流动不畅，散热不均匀易在间隙变小处引起温差界面。图1中温度分界面与图3结构中CT下沿界面一致。

图3 高压套管升高座内部

2.3 Fluent仿真升高座内流体温度场

根据电抗器设备厂家提供升高座部分结构参数，利用Fluent对该部位进行流体温度场热量分布仿真计算。仿真计算模型以现场检测时周围环境温度18 ℃为计算模型的环境温度，18 ℃时结构件材料属性见表2。仿真计算时假定升高座部位结构件材料密度、比热容和导热系数不随温度变化。

表2 材料属性参数

电抗器高压套管升高座内流体温度分布与局部放大后温度分布分别见图4、图5。

图4 高压套管升高座内流体温度分布

图5 局部放大后温度分布

套管升高座油流区域，热油来自下部电抗器本体油箱(升高座的主要热源)，升高座内无绝缘油流出口，故升高座内绝缘油自然对流。套管升高座外壁低温区位置空间小、热油少且无法快速流动，热油的热量从侧壁面和升高座顶盖散失(散热面积相对较大)又无法补充热量，所以温度较低。升高座外壁高温区位置空间相对较大且热油较多，热油热量从本体热油传递侧壁面散失(热油量大且散热面积相对较小)，因此温度较高。所以在电抗器套管式电流互感器下沿空道变小处温度分界面较明显，Fluent温度分析发现两者相差1.3 K左右。

3 结 论

红外热像能有效发现电气设备缺陷，经容量、通流能力、结构差异等方面对比分析两组电抗器差异性，结合红外热像特征，排除了漏磁涡流损耗引起外壳金属发热的可能性。由于Ⅰ线电抗器升高座内套管式电流互感器挤占升高座内部空间，使自然对流的空间仅有很小的孔道，此处热油的自然对流较弱，热量散热不均匀，因此会引起温度梯度较大变化，该处温升并未超过设备允许限值，不影响设备运行。

建议运行维护人员遇到装有套管式电流互感器的套管升高座红外热像分层界面现象或类似较规律的异常热像时，结合结构、流体温度场、热传递特性综合分析，避免出现误判。