国网甘肃省电力公司陇南供电公司 茹秋实

干式空心电抗器作为重要的输变电设备广泛应用于电网中，用以显示短路电流和无功补偿。由于干式空心电抗器具有损耗小、噪声低、结构简单及维护方便等特点，在66kV的电网中应用比例超过70%。其运行环境恶劣，因干式空心电抗器故障所引发的故障不仅会影响干式空心电抗器的正常使用，也会影响其他电气设备的正常运行[1]。

1 干式空心电抗器故障分析

1.1 干式空心电抗器结构与特点

干式空心电抗器是由线圈、金属构件及支柱绝缘子构成的电气设备，可用于电抗，限制电网系统的过电压、限制短路电流，并为系统提供无功补偿。干式空心电抗器主要是由圆筒式包封构成，通过浸有环氧树脂的长玻璃丝进行包绕，并由聚酯玻璃丝的包封之间形成散热气道。包封内部由线圈组成，导线外表皮采用聚酯薄膜提升绝缘性能。为保证干式空心电抗器的绝缘性能，需在其外表面涂抹绝缘漆，同时涂抹憎水性涂料增加其抗老化、抗紫外线和绝缘性能。

干式空心电抗器结构相对简单，内部采用空心结构的方式，其具有良好的线性特性。干式空心电抗器采用无油结构，可提升稳定性，但由于其采用空气散热且运行环境相对恶劣，外界环境会引发干式空心电抗器绝缘老化，影响其使用稳定性。从当前干式空心电抗器制作和运行看，其制造门槛低，市场上的干式空心电抗器质量参差不齐且监督不够，导致干式空心电抗器存在着故障风险。

1.2 干式空心电抗器故障案例

网内干式空心电抗器故障。2015年以来笔者负责的电网台区发生20起干式空心电抗器故障，主要是由于受损，短路高温引燃干式空心电抗器故障，故障时间超过1h，造成了较大的损失；低压电容器串联干式空心电抗器故障。由于低压电容器串联干式空心电抗器所引发的故障，滴落的高温材料引发干式空心电抗器短路，由于其长久失修绝缘层被破坏，从而造成三相电流瞬间增加引发故障，干式空心电抗器烧毁严重；并联干式空心电抗器故障。在电网运行过程中干式空心电抗器B相着火，导致干式空心电抗器严重烧毁，线圈损毁严重。分析其故障原因，是由于线圈匝间或层间绝缘被击穿而导致其线圈短路、引发烧毁。

1.3 干式空心电抗器故障分析

引发干式空心电抗器的故障原因包括：干式空心电抗器质量问题。选购的干式空心电抗器制造工艺不良，绝缘性能不佳，有些绝缘层甚至干裂渗水，在外界因素影响下引发短路；环境因素影响。如酸雨、污秽、鸟害、通风不良等，在外界恶劣的环境因素下，由于长久失修导致线圈以及匝间的绝缘性能被破坏，在过电压的操作下导致其绝缘被击穿，从而引发故障；干式空心电抗器维护以及管理不当。在使用过程中缺乏定期检修、运行过程中过电压分布不均匀都会影响干式空心电抗器使用，严重将会引发故障；过电压。当电压超过干式空心电抗器的耐受电压或电流时，容易引发故障。

2 干式空心电抗器故障监测与预警技术现状

2.1 故障监测技术原理

正常运行情况下干式空心电抗器有功损耗主要是电阻损耗和附加损耗。在频率一定、干式空心电抗器正常运行的情况下，附加损耗相对固定。在干式空心电抗器故障初期，由于短路会消耗大量能量，导致干式空心电抗器的有功损耗瞬间增大，从而引发干式空心电抗器功角发生变化。发生故障时，干式空心电抗器等效电阻变大，随着故障的持续进行，干式空心电抗器功角不断减小、功率因数不断增大。

根据干式空心电抗器故障下功角以及功率因素的变化情况，可采用干式空心电抗器在线监测系统。在线监测系统主要是由电抗器监测装置构成，通过采集干式空心电抗器相关信号并对信号进行处理，通过以太网将信号传输到在线监测电子设备，对信号进行分析，从而能够了解干式空心电抗器的运行情况，及时进行预警并为后续的故障诊断和处理提供依据[2]。

2.2 故障监测关键技术

干式空心电抗器在线监测与预警系统主要分为软件设计及硬件设计：软件系统设计。主要是下达指令，同步采集数据并进行数据分析及逻辑判断，完成故障分析及预警处理。在干式空心电抗器出现故障的瞬间，软件系统能够得到信号并完成故障类型的初步判断，通过以太网将故障信息传送给监控中心并发送故障预警信号，监控中心做出故障处理的决策；硬件系统设计。硬件系统主要是采集干式空心电抗器的运行信号，收集总电流、等值电流、等值电抗、功角以及功率因素等参数，通过将信号转换为数字信号传输到系统中，经过滤波和放大作用采用芯片进行处理，以便进行逻辑判断。

2.3 故障监测影响因素

从干式空心电抗器的故障监测以及预警的情况来看，影响测量结果的因素包括电磁干扰、互感器、硬件抗干扰设计等因素：

电磁干扰。干式空心电抗器工作的环境相对恶劣，电磁环境影响复杂，处于变电站环境中的干式空心电抗器会受到严重的电磁干扰，在测量过程中，在强电磁干扰因素下可能会导致监测误差，产生误报；互感器。互感器由于存在负载阻抗变化、磁芯损耗以及生产工艺等问题，可能会导致监测过程中出现角差，从而影响监测信号，最终影响监测结果，对于后续的故障诊断处理也会产生影响；硬件设计影响。干式空心电抗器监测装置的硬件包括数据采集模块、互感器模块、电源模块以及控制管理模块等构成，还包括抗干扰设计，在干式空心电抗器在线监测过程中，如器件选型不合理、设备间辐射干扰严重可能会影响测量准确度，因此需全面考虑干式空心电抗器在线监测硬件设备的多种干扰因素，采用屏蔽技术和隔离技术减少干扰源的影响，提升监测的准确性。

2.4 在线监测系统安装与运行

将干式空心电抗器在线监测系统与干式空心电抗器相连，三相电抗器的端电压和线电流通过电缆流入变电站保护室监测装置。在线监测装置能够采集得到干式空心电抗器的实时信号、得到电气参数，并将电气参数传送到专家软件。由站控层主机上的专家软件对上传数据进行解析，显示传输的数据并绘制功率因素曲线，用以干式空心电抗器在线评估。通过验证可知，该系统能够对干式空心电抗器运行状态进行实时监控，及时发出故障预警，具备实时监控以及故障预警功能[3]。

3 干式空心电抗器故障监测展望

从干式空心电抗器故障在线监测和预警系统的情况来看，该系统能够实时监控干式空心电抗器的运行状态并发出预警。随着电气技术的发展，干式空心电抗器逐渐朝着智能化方向发展，干式空心电抗器故障监测与预警系统也将会朝着智能化方向发展，通过提升监测装置测量精度、可靠性能够实现无人值班，确保干式空心电抗器稳定运行。为了提升干式空心电抗器在线监测系统的稳定，一是要选择针对性强的互感器，二是需要减轻外界干扰的影响，采用相关技术滤除噪声获得有效信号。