国网冀北超高压分公司 陈习文 冯小轩 张 潇 郭 傲 朱恩泽 王相锋 董鹏飞

国网管网集团北方管道有限责任公司 郑 果

在电力系统中干式空心电抗器应用非常广泛，其主要结构包括带有匝间绝缘的绕组、绝缘外包封、引拨棒撑起的通风槽等。根据以往运行经验，干式空心电抗器时常发生局部电弧放电、绝缘材料劣化、散热不良及引拨棒松动变位等缺陷，进而可能导致电抗器绕组持续升温甚至烧毁。

通过模拟35kV干式空心电抗器运行工况并进行监测，得到电抗器温升变化、电流变化及外观变化等数据，分析各种工况导致故障的概率和对应的严重程度，针对性地制定相应防范措施，达到降低设备故障率、提高电网运行可靠性、减少财产损失目的。

1 模拟金属异物、过电压的影响

在电抗器顶部不同位置分别进行放置焊条、铁丝环、插到通风道内的粗铁丝、铝丝、不锈钢螺栓、热镀锌螺栓等金属异物，并与不放置金属异物的区域进行温升对比试验。试验得到在干抗电磁场环境中，热镀锌螺栓及放入通风道的粗铁丝发热明显，热镀锌螺栓温度为172.9℃、放入通风道的粗铁丝为95℃，对比上端面对照组温度58.3℃，上述两类金属异物发热明显。电抗器使用绝缘材料主要为环氧玻璃纤维，其耐热等级为F级，即允许最高工作温度为155℃；国家标准GB/T 20112-2006规定干式空心电抗器绕组的运行温升限值为60K，热镀锌螺栓导致的发热超过绝缘材料允许值，长期高温运行会导致绝缘材料力学性能下降、进而影响其绝缘性能。

首先收集一批变电站内干式空心电抗器的运行数据进行分析，主要统计投切次数（认为每投切一次，电抗器承受一次过电压）及包括直流电阻、电抗值在内的试验数据，以求找到两者间的相关性。从运行数据分析，电抗器投切次数最多达9615，但其与投切次数594次的电抗器在直流电阻、电抗、绝缘电阻与电抗器等方面没有明显偏差；从电抗器运行年限角度也未找到明显规律。因此从运行经验角度可得出，电抗器投切次数（10000次以内）及运行年限（20年以内）与其本身运行状态没有明显相关性。

过电压模拟试验过程中，在不同电压作用下，随着过电压累积次数的增加绝缘电阻均单调下降，且随着电压越高初期绝缘电阻下降越快，在过电压作用后期绝缘电阻下降趋势均开始变缓,但绝缘电阻值均在规程要求的10G以上。在不同的电压等级下，局部放电起始电压都随着过电压累积作用次数（达10000次以上）的增加而下降，且电压幅值越高局部放电起始电压下降越明显。经分析，出现以上试验结果，是因在电压作用下匝间绝缘的薄弱位置出现局部放电、气隙周围固体绝缘材料的逐渐劣化。随着累积次数的增大，放电就会由气隙缺陷的边缘向固体绝缘材料内部延伸，导致气隙尺寸逐渐发展扩大和放电通道逐渐增长。因此，随着过电压累积次数的增加，绝缘缺陷的不断发展导致匝间绝缘在更低的电压下发生局部放电。

2 模拟电抗器本身缺陷的影响

2.1 模拟通风槽堵塞对电抗器的影响

选取一台长期在室外存放的退运电抗器进行试验，该电抗器通风槽内有大量絮状杂物。对该电抗器进行常规试验及匝间耐压试验，试验结果合格。对电抗器施加工作电压，用红外测温从正面、上面、下面多角度测量电抗器温升，发现上部内层温度较高，判断电抗器因毛絮长期阻塞风道会影响风道散热、导致局部过热，长期如此运行将会加快绝缘老化，最终可能引起绝缘故障。另外，一旦发生绝缘故障有可能引燃层间絮状杂物，造成电抗器上下贯通短路，引发更大的故障。

2.2 模拟绝缘撑条掉落对电抗器的影响

因电抗器在实际投运过程中会有一定程度的震动，长期震动可能导致绝缘撑条位移，影响电抗器散热。现对一台老旧电抗器进行加压模拟投运，将其绝缘撑条人工移位或部分拆除，观察试验结果。结果表明，如过多的引拔棒松动变位就易引起电抗器运行异响，松动的引拔棒运行过程中易抖动与包封摩擦，破坏包封的外表皮，从而增加线圈断线的风险。通过对变位的引拔棒进行复位并固定，电抗器在运行中发出的震动不会引起引拔棒抖动发出异响，也防止了引拔棒不断抖动磨破包封，消除了安全隐患。

2.3 模拟绝缘破损对电抗器的影响

对一台有外绝缘破损缺陷的电抗器进行试验，随着加压时间的推移和电压的不断升高，缺陷位置的绝缘破损发展迅速，设备外观有明显的碳化现象。结束后通过对电抗器的解剖观察与分析，发现电抗器的故障位置在第5包封层，解体后的第5包封层上部绕组有明显的导线熔断现象。判断认为电抗器出厂环节存在的局部外绝缘表面薄弱点，会随着时间的推移局部薄弱点逐渐显现，从而引发局部污湿放电，进而损伤包封及导线绝缘，引发电抗器匝间短路故障。

2.4 模拟制造缺陷对电抗器的影响

对一台有包纱工艺问题的电抗器进行试验，以模拟存在绝缘破损制造缺陷的电抗器投运后将产生什么问题。对电抗器进行加压并反复投切后，发现电抗器局部温升明显且包封绝缘出现过热痕迹。中止试验后对其进行了解体检查。在解体过程中发现电抗器外表面局部有纱头、纱棱的情况。纱头是浸胶玻璃纱缠绕过程中长度不够出现的接头，毛纱是坩埚纱3团合成一股后进行包封缠绕，在合股过程中若3团张力不均时有可能出现毛纱情况，毛纱的存在有可能导致防闪涂料及绝缘层的破损，以至于长期运行的电抗器包封绝缘受潮、破损甚至绝缘击穿。

3 结语

金属异物入侵会导致干式电抗器局部发热明显，危害干抗正常运行，在运维过程中应对金属异物着重关注并及时清理。在设计阶段应采取防鸟措施，预防鸟类带入金属丝，且防护措施的安装应采用绝缘螺栓。

根据现行电抗器状态数据统计可知，运行年限、投切次数（20年以内、10000次以下）不直接影响电抗器绝缘及电气参数。但从仿真模拟过电压作用下（加压次数超过10000次），绝缘电阻和局部放电的起始电压会有明显下降，其中绝缘电阻值还在规程要求范围内，说明电抗器主绝缘还未破坏，但匝间绝缘有劣化迹象。建议在电抗器投运初期（以10000次为限），如没有明显异常可执行常规试验项目，如绝缘电阻、直阻、电抗值试验等，而在电抗器投切次数超过10000次后，开展以上常规试验项目外，应进行试验电压更高的匝间绝缘试验以考核电抗器匝间绝缘，判断电抗器运行状态。

为保证电抗器长期可靠的运行，应结合使用环境对设备进行定期检查和维护保养，定期检查电抗器绕组层间通风槽是否通畅，并结合停电清理风道和电抗器顶部的异物；对电抗器松动变位的引拔棒进行复位并固定，将有松动或移位的引拔棒轻敲，使偏移引拔棒复位。对难以复位的引拔棒，可截断外露较长的部分。将以上处理过的引拔棒用浸胶玻璃丝带绑扎固定防止再次松动变位。

对运行超过5年的产品应重新喷涂防污闪涂料，以确保防污闪涂料对电抗器的防护效果。例行检修时进行外绝缘性能检查，若电抗器表面有缺陷、损伤、涂层起皮、涂层脱落、放电等现象，应及时联合厂家开展现场处理维护，并综合考虑设备状态评价、设备使用年限和经济成本决定是否更新老旧设备；在电抗器的可研初设及厂内验收阶段，应结合生产实际加强对产品结构设计和施工工艺的要求和把控。在包封过程中应及时清除纱头（毛纱）、纱瘤，在线圈固化后精整环节也要对通风道间散乱的玻璃纱进行清理。