李 光

(深圳供电局有限公司，广东深圳518000)

0 引言

电抗器是变电站的重要电气设备之一，一般可以分为串联电抗器和并联电抗器。串联电抗器与电容器组串联使用，起到抑制高次谐波和限制合闸涌流，防止谐波对电容器造成危害的作用;并联电抗器一般用于补偿容性无功，控制无功潮流，稳定网络的无功电压，以保证电力系统的安全运行。

1 故障原因分析

干式空芯电抗器在长时间运行的过程中故障时有发生，主要表现为匝间短路、局部过热和烧毁等问题，以500 kV 某变电站为例，站内运行中的电抗器均为干式空芯电抗器，2012 ～2013 年期间站内已经发生了3 起电抗器烧毁故障(见表1)，严重危害到设备和系统的安全运行。针对这一情况，研究清楚这几起故障的原因，并制定相应的防范措施，以避免故障的再次发生。

表1 2012 ～2013 年某变电站电抗器故障统计

该站近两年内3 起干式电抗器故障均表现为电抗器起火烧毁，经检查后发现故障的直接原因为匝间绝缘老化，在合闸冲击电压和涌流作用下导致匝间短路，最终引起电抗器外层包封烧损。引起匝间绝缘老化的原因可以归纳为以下几点。

1.1 包封受潮导致匝间绝缘强度降低

电抗器在户外运行一段时间后，其表面一般会有污物附着沉积，其表面绝缘材料也会出现老化、粉化，形成污层。在碰到大雾或雨天天气时，表面污层受潮后，会导致表面泄漏电流增大，从而在表面产生热量。由于表面电场集中区域的热量高，水分蒸发快，造成表面污层变干变成干区，从而使干区部分表面电阻变大。电流在该中断处形成很小的电弧。随着时间的增长，电弧发展并合并变大，最终形成沿面树枝状放电，进一步发展就会造成匝间短路，短路线匝中电流剧增，使温度进一步升高使匝间绝缘强度急剧降低。这一点从500 kV 某变电站2012 ～2013 年发生电抗器故障时的天气记录中也可以看出(见表2)，3 起电抗器故障发生时都是阴雨或多云的潮湿天气，潮气与粉化后的绝缘材料相接触，就会降低导线匝间绝缘，造成匝间短路。严重时导致电抗器爆炸起火。

由图1 电抗器故障现场的图片可以看出，烧毁最严重的部分均为最外层靠顶端的包封，这是由于这部分包封长期暴露在外部环境中，日晒雨淋，导致绝缘材料粉化、失效、甚至出现裂缝，在雨天时，雨水从裂缝中渗入，加速了环氧树脂的老化，使其逐渐丧失机械强度，不能裹紧导线;当雨水多次渗入时，造成匝间短路引起起火燃烧。

表2 2012 ～2013 年某变电站电抗器故障时天气情况

图1 电抗器故障现场图

2.2 合闸涌流和过电压造成匝间绝缘破坏

3 起电抗器故障均发生在投入运行后的较短时间内，如表3 所示。

表3 某变电站故障电抗器投切情况统计

由表3 可知，开关投切动作后，电抗器运行很短的时间就发生了故障，并且在故障前，电抗器已经投切了几百次以上。这说明故障很有可能与投切过程中产生的操作过电压有关，开断电抗器时，其单相等效电路如图2 所示，图中US为等效电源电压，LS为电源侧等效电感，CS为电源侧等效电容，L 为串联电抗器电感，CL为电抗器侧对地电容，LP和CP为断路器等效电感和电容。设t=t0时断路器触头分开，断路器的截流值为Ich，此时电容上的电压为U0。

由于断路器的灭弧效果较强，在用断路器开断电感类的设备时，如果在电流未过0 时强行将电流切断，就会在电感类的设备上产生强大的反电动势，即截流过电压。

图2 电抗器等效电路图

从能量转换的角度来看，电抗器被开断是一个电磁场能全部转化为电场能的过程，电容CL上的电压最大为Um，即为截流过电压，满足下式:

设U0为基准电压，开断电抗器时最大过电压倍数为:

查阅资料可知，当电流在接近峰值处被截断时，过电压可达到2 ～3 倍额定电压。由此可见，断路器对电抗器每投切一次，电抗器就要承受一次过电压，同时电抗器的绝缘就要经受一次破坏。日积月累就会使电抗器的匝间绝缘遭受严重的损伤，最终导致绝缘失效，造成匝间短路现象。

1.3 漏磁的影响

在电抗器垂直方向的地下存在接地网，横向位置其他设备和金属围栏等，这些金属体都可能因构成闭环造成较严重漏磁。若横向有闭环回路，则其漏磁将会在金属闭环回路中感应出很大甚至可达数百安培的环流，该站发生故障的电抗器周围存在金属围栏(见图3)，形成了横向位置的闭环，漏磁在金属围栏中感应出的环流不仅增大损耗，而且其产生的反向磁场会和电抗器的部分绕组耦合，使电抗器绕组过热或局部过热。若电抗器下部的接地网存在纵向位置的闭环，将会使电抗器电流增大和电位分布改变，引起电流分布的改变，导致绕组局部发热，在长期热效应的积累下会使局部的匝间绝缘老化。

该站之前围栏有局部闭合情况出现，经红外测温，围栏局部温度达到100℃以上，电抗器运行过程中声音较大且温度相比于其他电抗器偏高，经改造处理后恢复正常。

图3 故障电抗器四周围栏情况

2 建议采取的措施

2.1 针对电抗器包封问题的措施

1)提高电抗器生产工艺条件及水平，保证电抗器的包封绝缘、端绝缘的整体和完整性，同时，改善电抗器上部引线与线圈之间的密封和焊接情况，避免因接线端子和绕组的焊接处由于焊接质量问题造成该处温升过高。

2)现阶段运行中的电抗器表面主要涂刷或浇注的是环氧树脂，环氧树脂是树脂类材料，经济且绝缘效果良好，但因其在金属表面的附着力不强，经过一段时间风吹日晒容易开裂及脱落。针对这一情况，可以在电抗器包封表面喷涂憎水性和防污闪性能更好的PRTV 或硅橡胶绝缘涂料，可大幅度抑制表面放电。同时考虑在端部预埋环形均流电极，也可以克服下端表面泄漏电流集中的现象，即使表面涂层老化消失，也能防止电极附近干区电弧的出现。

3)在电抗器顶部装设防雨帽，在其外部加装防雨夹层，即在电抗器带电包封外加一个不带线圈的包封，专门用来遮挡阳光中的紫外线和雨水，以减缓绕组绝缘老化的速度。图4 为该500 kV 变电站带防雨帽的并联干式空心电抗器，从2002 年投产至今从未发生类似匝间短路导致起火燃烧事件。

图4 带防雨帽的干式空心电抗器

4)每年对电抗器进行1 ～2 次停电检修，检查紧固接线螺栓，清理包封和绝缘子表面污物，做到“逢停必扫”，发现包封有起皮脱落现象时及时补漆。

2.2 针对操作过电压和合闸涌流的措施

1)建议在每台干式空芯电抗器的首尾两端并联上氧化锌避雷器，因为氧化锌避雷器具有理想的伏安特性，在正常运行低电场强度下，其电阻率很大，漏电流极小，相当于一绝缘体。而当电场强度达到一定程度放电击穿时，其电阻率迅速下降至低电阻状态，因而可使截流过程中所产生的操作过电压能量迅速泄放，另一方面，在电抗器首尾两端并联上氧化锌避雷器可以增大电抗器的匝间杂散电容值，由式(3)可知，匝间电容CL增大，则过电压倍数K 减小，从而降低操作过电压的大小。

2)由于下雨时电抗器包封表面会出现干区和湿区，使电场分布不均匀，在投切过电压下可能会导致匝间短路，建议在下雨时不进行电抗器投切操作。在电抗器投运后，观察电抗器的状况，如有冒烟、火光，立刻停运;雨后投入电抗器后对其本体进行红外检测，观察投运后几分钟内本体温度有无急剧变化，以便及时发现电抗器故障。

3)优化电网运行方式，避免电抗器的频繁投切。

2.3 针对漏磁方面的处理措施

消除闭合的金属环路，如电抗器周围不使用金属围栏，改用其他非铁磁材料制成的围栏，可以消除环流对电抗器的影响。而对于接地网及水泥构件中的闭环回路这一因素，则应在安装电抗器之前，核查安装点是否存在含金属闭环的水泥构件或闭环的接地网，同时使电抗器的接线端子位置及安装位置更加合理。

3 结语

电抗器过热烧毁会威胁电网的安全稳定运行，并给企业造成较大的财产损失，所以在今后的日常工作中，我们要做好电抗器等设备的维护和检测工作，并采取相应的预控措施，以避免此类故障的再次发生。

［1］李阳林，万军彪，黄瑛. 10 kV 干式空心串联电抗器故障原因分析［J］. 电力电容器与无功补偿，2010，32(3).

［2］王永勇，温祥空，刘华，等.关于干式空心并联电抗器烧损问题的研究［J］. 黑龙江电力，2003，25(6).

［3］徐林峰.一起干式空心串联电抗器的故障分析［J］.电力电容器与无功补偿，2008，29(2).