一起1 000 kV并联电抗器局部放电缺陷的诊断分析

冯清源，林 峰，冯新岩

（1国网济南市长清区供电公司，山东 济南 250000；2国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250018）

0 引言

并联电抗器是高电压、远距离交流输电系统中不可或缺的重要设备，用来补偿输电线路上的充电电流，削弱电容效应，限制系统工频电压升高和操作过电压，并可消除同步发电机带空载长线时产生的自励磁现象［1-3］。特高压输电线路的充电功率大，单位长度输电线路充电功率约为500 kV输电线路的4～5 倍［4-6］，需要并联电抗器进行无功补偿。因此，特高压并联电抗器（以下简称电抗器）安全运行，对特高压输电线路的可靠运行具有重要意义［7］。

局部放电是电抗器上较容易出现的绝缘缺陷，特高压并联电抗器现场安装后，难以像变压器一样开展脉冲电流法局部放电试验［8-9］，因此对运行中的电抗器开展局部放电带电检测就显得尤为重要［10-13］。常见的带电检测方法主要有油中溶解气体分析法、超声波局部放电检测法、高频脉冲电流局部放电检测法以及特高频局部放电检测法［14-17］。每种检测方法均有各自的优缺点，单靠其中一种检测手段往往很难对某些局部放电故障和缺陷进行有效的状态评估和精确定位［18-21］，因此利用多种检测手段进行综合诊断分析可取得更准确的故障诊断结果。

1 概况

在对某变电站中一台在运1 000 kV 并联电抗器进行绝缘油溶解气体检测时，发现油中出现乙炔，且有缓慢增长趋势。CO、CO2及其他烃类气体变化不明显。该设备2019-12-10 至2020-03-05 期间的油色谱试验结果如表1所示。

表1 1 000 kV并联电抗器气相色谱数据表 单位：μL/L

发现乙炔后，运维人员使用钳形电流表测量铁芯及夹件的接地电流，发现该电抗器X 柱铁芯与夹件接地电流均出现增长，在700～900 mA 之间波动变化，其中夹件接地电流始终比铁芯接地电流大90 mA。其他正常相X 柱铁芯与夹件接地电流分别在50 mA与120 mA 左右。该电抗器为双器身结构，分为A 柱和X柱，X柱内部结构如图1所示。

图1 X柱内部结构

根据油色谱试验结果和铁芯夹件接地电流检测及各相对比情况，初步分析判断该电抗器内部存在局部放电现象，且放电可能是由于并联电抗器X 柱铁芯与夹件绝缘不良引起。

2 现场诊断分析

2.1 高频局部放电检测

现场使用局部放电诊断定位装置对并联电抗器进行高频局部放电检测，将两个高频电流传感器按照相同方向分别接在异常电抗器X 柱铁芯与夹件的接地引下线上，在高速示波器上观察高频脉冲电流信号。检测过程中，发现始终存在极性相反、频率较高（约2.5～3 MHz）的高频脉冲电流，如图2所示，其中紫色信号为夹件高频电流传感器采集到的信号，绿色信号为铁芯高频电流传感器采集到的信号，黄色信号为夹件接地电流。根据高频电流频率、信号极性相反的特征，可判断并联电抗器内部存在放电现象，且放电可能发生在铁芯、夹件之间。

图2 高频电流信号波形

为进一步判断高频电流相位关系，引入并联电抗器的夹件接地电流，并在10 ms时基下观察信号波形，如图3 所示。从图中可看到，放电发生在电流接近峰值处，正负半波各发生一次，相位稳定。

图3 10 ms时基下高频电流波形

现场使用PDCHECK 等仪器对高频电流进行检测，均检测到铁芯与夹件极性相反的高频电流，高频电流相位分布（Phase Resolved Partial Discharge，PRPD）如图4所示。

由图4可看到，在铁芯与夹件上分别检测到的高频电流信号，具有幅值接近，相位稳定，极性相反的特征。

图4 PDCHECK检测高频电流PRPD

2.2 铁芯夹件工频接地电流检测

现场对并联电抗器进行铁芯夹件工频接地电流检测，将两个工频钳形电流传感器分别接在X 柱铁芯与夹件接地引下线，与高频电流传感器同时检测铁芯与夹件接地引下线上的工频接地电流及高频脉冲电流。示波器10 ms 时基下检测波形如图5 所示，其中黄色、绿色信号分别为夹件和铁芯接地引下线上的工频电流信号，紫色、红色信号分别为夹件与铁芯接地引下线上的高频脉冲电流信号。

图5 10 ms时基下工频及高频电流波形

从工频接地电流波形分析，铁芯与夹件上存在大小交替变化、不规则的周期性信号，信号变化周期为20 ms。幅值较小的信号段，铁芯与夹件电流按照极性相同的正弦波规律变化，幅值较大的信号段，铁芯与夹件电流按照极性相反的正弦波规律变化。由此可判断，X柱铁芯与夹件存在周期性触碰现象。触碰发生前，两者接地引下线流过正常的接地电流，电流极性相同。触碰发生后，铁芯与夹件之间产生较大的环流，在两者接地引下线上电流极性相反。持续约5 ms时间后，铁芯与夹件分离，恢复正常接地电流，约5 ms后再次触碰，如此循环发生。

同时，由图5 可以看出，高频放电电流信号出现在接地电流由极性相反的大电流变为极性相同的小电流的瞬间，可判断在铁芯与夹件之间环流断开的瞬间，发生放电现象。

综上分析，判断放电原因可能为铁芯与夹件之间距离过小或两者之间绝缘损坏，在磁致收缩效应下，两者间发生周期性触碰放电现象。

2.3 特高频、高频局部放电联合定位

由于高频脉冲电流法无法准确定位，现场采用特高频、高频局部放电联合定位的方法对放电位置进行定位。具体如图6 所示，将黄色、蓝色高频电流传感器放置在X 柱的夹件及铁芯处来采集高频放电信号，将红色、绿色特高频传感器放置在并联电抗器A面上部油箱缝隙处，采集从内部传出来的特高频放电信号。以高频电流触发采集特高频信号，可检测到与异常高频信号对应的特高频放电信号，通过不断移动特高频传感器直至两个特高频传感器所测信号波形重合，波形如图7 所示，说明信号位于两传感器中间线所在平面，实际位置为并联电抗器A 面中间线所在平面。

图6 高频、特高频传感器放置位置

图7 高频、特高频信号波形

并联电抗器B 面进行联合定位，将红色、绿色特高频传感器放置在并联电抗器B 面上部油箱缝隙继续定位。但现场由于缝隙处传出来的特高频放电信号较弱，不能采集到有效的放电信号，无法精确定位，根据特高频时间领先法，可大致估算出放电位置位于距电抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面上。

综上分析，采用特高频、高频局部放电联合定位的方法大致判断出放电位置在距电抗器A 面油箱壁0.8 m 左右的平面与A 面中间线所在平面的交汇直线上。

2.4 高频、超声波局部放电联合定位

采用声电联合法对放电信号进一步定位。使用超声波传感器在并联电抗器A 面中心位置自上而下检测，发现在该区域中上部可检测到与高频信号相对应的超声波信号，声信号落后于电信号约1 ms，如图8所示。由此可估算放电源距A面油箱壁约1.4 m，参照并联电抗器内部结构图，可知具体位置位于X柱铁芯上部位置。

图8 高频信号与超声波信号对应

综合分析，通过对并联电抗进行特高频局放检测、高频电流局放检测、以及联合定位等，确定了放电位置位于X柱铁芯上部。

通过高频电流和工频电流联合检测，可判断出放电原因为并联电抗器铁芯与夹件之间绝缘不良，存在周期性触碰、放电现象。结合放电定位、原因，并参考并联电抗器内部结构，具体放电原因是可能由于器身上部磁屏蔽（通过夹件接地）与铁芯之间绝缘不良，或芯柱上屏蔽与铁芯之间绝缘不良造成。

3 现场处理

由于乙炔含量不大，增长趋势较慢，且设备承担负荷较重，短期不能退出运行。现场采取安装限流电阻的方式来降低环流并限制放电，并通过安装重症监护系统，如图9 所示。实时跟踪监测故障发展趋势。

图9 限流电阻装置及重症监护系统

限流电阻的选择根据现场实时测量铁芯夹件接地电流的大小，以及高频脉冲电流的大小来确定。经过多次调整，铁芯串接25 Ω 电阻，夹件串接10 Ω电阻。接入电阻后，铁芯及夹件接地电流均大幅下降，其中铁芯减小至54 mA，夹件减小为122 mA，与正常相基本相同。同时，高频放电信号变得非常小，幅值降低到原来的1/5。这也进一步间接验证铁芯与夹件接地电流增大是由于两者之间绝缘不良产生环流引起，也可以验证之前分析和判断的准确性。

4 结语

并联电抗器出现乙炔，X 柱铁芯、夹件接地电流增大的情况，分析为X 柱铁芯夹件之间绝缘不良，存在周期性触碰放电引起。通过串联限流电阻，已将电流限制到正常值，放电也得到一定限制。

并联电抗器运行中开展绝缘油溶解气体分析，高频电流局放检测、特高频局放检测等带电检测手段，对发现内部缺陷，定位放电位置，保证电抗器安全运行有着重要作用。

1 000 kV并联电抗器因振动大，铁芯与夹件上容易出现局部放电缺陷，在设计及制造过程中应引起重视。