一起500 kV高压电抗器异常案例分析

王浩州，颜冰，代维菊，钱国超，朱家良，李昭，赵加能，周帆，周捷

（1.云南电网有限责任公司电力科学研究院，昆明 650217；2.云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650051）

0 前言

并联电抗器是电力系统中的关键设备，对整个系统的安全稳定运行起到关键作用。投运之后电抗器出现乙炔超标的情况较多[1-8]。对乙炔超标后电抗器的跟踪与处理尤为重要[9-10]。

1 故障简介

某供电局500 kV变电站500 kV高压电抗器自2020年6月18日投运以来，在线油色谱在投运9日后开始出现痕量乙炔（0.42 μL/L），逐渐上升至投运3个月的2.44 μL/L。高压电抗器投运当月和第二个月离线油色谱检测数据乙炔为零，第三个月检测发现乙炔含量为2.17 μL/L大于规程注意值1 μL/L。数据计算乙炔绝对增长速率为0.8 ml/d（超过DL/T 722规程值0.2 ml/d）、总烃气体绝对增长率为7.1 ml/d（未超过DL/T 722规程值12 ml/d）；总烃相对增长率363%，超过检修试验规程值10%每月。根据三比值法编码为102，表征高抗内部发生电弧放电故障。电抗器型号为：SFSZ9-20000/110，生产日期：2020年2月，投运日期：2020年6月。

2 现场分析

2.1 超声和高频局放测试分析

现场布置了超声和高频传感器，经全方位普测后，确定C相高抗现场超声局放幅值最大的三个传感器布点位置见图1。

图1 C相高抗超声局放幅值最大的三个传感器布点外观

C相高抗超声局放幅值最大的三个传感器幅值大于100 mV，波形见图2。

图2 C相高抗超声局放最大三个幅值波形图

对比A相和B相，超声幅值小于10 mV，见图3和图4。

图3 A相高抗超声局放最大幅值波形图（位置同C相）

图4 B相高抗超声局放最大幅值波形图（位置同C相）

选取40 kHz-300 kHz、1 MHz-5 MHz、10 MHz-20 MHz三个频带，分别对C相高抗进行高频局放测试，均发现铁心处出现异常信号，见图5～图7。

图5 频带40 kHz-300 kHz下C相高频局放信号图谱

图6 频带1 MHz-5 MHz下C相高频局放信号图谱

图7 频带10 MHz-20 MHz下C相高频局放信号图谱

通过对高抗B、C相高频检测对比，在高压电抗器C相内均存在异常放电信号。

2.2 振动测试分析

1）振动传感器安装布置

现场开展了500 kV三相高抗带电状态下振动测试，C相高抗振动传感器布点位置见图8，

图8 C相高抗布点示意图

2）振动信号比对

经振动测试发现，C相高抗各布点振动加速度明显高于A相和B相。相同位置下C相高抗振动加速度最大值约为45 m/s2、A相和B相为10 m/s2。且存在大量高频杂波，表明C相高抗内部存在金属连接部位固定螺栓松动引起振动信号增强，与局放信号表征应证。见图9-11。

图9 三相高抗A面和B面时域最大振动加速度图谱

图10 三相高抗C面和D面时域最大振动加速度图谱

图11 三相高抗A面频域图谱

2.3 高频和超声局放测试分析

发现乙炔超标后，在并联电抗器间隔C相电抗器增加了重症监护系统及日常负荷的监视。通过在电抗器本体上装设多组传感器，实现对电抗器的高频和超声局放、振动、温度、外壳接地电流参数的实时采集和分析，若出现异常放电信号会预警、报警。

通过对监护系统数据分析，发现高频局放监测波形存在异常信号，超声波监测波形未见异常。高频局放监测波形如12、13图所示：

图12 在线高频局放监测图谱

图13 在线高频局放检测图谱

通过远程对高频局放实时波形图谱分析，高频图谱相对于第一次检测的高频局放图谱存在一定的差异性。第一次检测的图谱明显呈现为三簇，并且经过现场与其他高抗铁心和夹件、高抗外壳及周边避雷器接地扁铁均存在此高频信号（信号三簇、相位相差120°）。第二次高频局放监测图谱中统计图谱中明显呈现为四簇，一个工频周期内位于90°和270°附近存在相位对称脉冲信号，分析判断该信号为内部放电信号。该信号在相位90°附近波形较明显，270°附近与外部电晕放电相位出现重叠。由于外部电晕放电幅值较大，内部放电信号负半周波形并不明显。

在高频检测过程中，调整监测频带至高频带，则只能监测到本相上的电晕脉冲信号，其他相位信号消失，说明该放电信号频率含量相对较低，一般频率含量较低的放电信号多为接触不良性质的非陡脉冲信号。

超声信号在整个监测周期内未监测到明显的超声信号波动，远程图谱分析波形呈现典型电抗器振动波形，未接收到有效的放电超声信号。根据结构进行分析，如果放电源位于高压引线均压罩位置存在接触不良，这种放电类型本身声信号辐射能力较差，该位置外部由成型绝缘件进行覆盖，内部超声信号向外传输过程中会受到绝缘件的影响，超声信号在绝缘件内壁上产生严重的折反射，造成能量的急剧衰减，并且绝缘件具有一定的厚度，超声信号很难穿透绝缘件传输到油箱外部。

3 返厂解体情况

为了查明高抗振动及油色谱的异常原因，高抗返厂解体检查分析，对高抗油箱、器身、铁心、线圈部位开展现场解体检查。高抗解体后发现，高抗油箱、线圈、器身以及铁心夹件绝缘电阻未见明显异常，现场检查异常情况如下：

铁心压紧系统拆卸压力为29 Mpa，设计值为36 MPa，减小约20%。拆解上铁轭时，逐个检查压钉情况，四点器身高度无异常。

铁心采用单相三柱结构，心柱由铁心饼垒积而成。铁心用高导磁、低损耗的晶粒取向冷轧硅钢片制造，铁轭采用矩形截面；下夹件与拉板焊接成“U”形结构，构成稳定的框架结构，提高铁心机械强度。铁心采用高强度拉紧结构，除铁心柱中心有拉紧螺杆之外，在旁轭的两端还有4根拉螺杆，以保证压紧铁心，减小噪声和振动，见图14。

当铁心压紧系统拆卸压力比设计值减小时，低于厂家控制标准36 MPa要求。此时电抗器辐向振动无法很好的抑制，易导致上铁轭与短片接触不良，造成间歇性低能放电情况。

铁心局部表面存在5处可擦除的黑色印迹，其中包含排油内检时发下铁轭印记。进一步拆除围屏与线圈后，观察铁心外观发现铁心局部表面存在5处可擦除的黑色印迹，其中包含排油内检时发下铁轭印记，如图15所示。对5处黑色印记使用无纺布进行擦拭后，黑色印记可被擦除。金属表面无烧蚀痕迹，表面平整。初步判断黑色印记为大颗粒油泥沉淀物。

图15 下铁轭表面存在黑色印迹(左图为拆除围屏前，右图为拆除围屏后)

其中，下铁轭的黑色印迹擦拭后，可观察到相间隔板对下铁轭施加力而产生的轻微痕迹。

经现场检查，吊出器身检查，观察与测量该电抗器器身、接地线、引线外观无明显异常。拆除围屏，拔出故障相C相线圈进一步检查。线圈上压板无变形情况，发现电抗器内、外围屏表面干净，无异常痕迹。线圈垫块无偏移，上下部对齐无位移，相间隔板边缘处有黑色印记。铁心表面检测后没有发现异常，上铁轭无扭曲，铁心饼拉杆螺杆无异常，旁轭穿心螺杆绝缘正常。

4 结束语

1）结合现场检查、油色谱分析及返厂检查等综合分析该高压电抗器油色谱异常的原因为：铁心压紧系统压紧力不足，运行过程中铁心饼带动上铁轭振动，导致高抗振动异常，同时上铁轭与短片间可能存在接触不良，造成间歇性低能放电。

2）下夹件与支撑梁的黑色附着物原因分析：对下夹件与支撑梁的部分黑色异物进行擦拭后，黑色附着物下的油漆较完整，2处缺口可能装配中磕碰导致。对2处缺口处的黑色异物刮取采样，由于现场很难取样因此刮蹭了少许油箱表面金属，因此检测结果是以铁元素为主的金属元素混合物。该处异常与主变油色谱异常无明显关系。

3）严控同型电抗器安装工艺质量。对新投入的同型号的电抗器应严格按照该套管的现场安装工艺要求，施加力矩和拉伸长度等参数均应严格执行套管厂家的要求，避免出现拉力过松或过紧的情况。产品压紧时关注液压机压紧力，若出现拉螺杆倾斜或螺母卡顿，压紧力不能有效垂直加压至铁轭以及铁心饼上，鉴于该原因，后续制作过程检验增加压紧后压紧行程校核。

4）利用在线和离线油色谱分析手段加强同型电抗器的巡维，发现异常及时跟踪上报。同时持续跟踪该主变带电局放监测信号的变化趋势，监视高压电抗器运行状态监测。