并联电容器组干式电抗器故障分析

【摘 要】本文通过实例，对两项10kV并联电容器组串联电抗器故障进行了分析，包括室内布置的干式铁心电抗器烧毁故障和室外干式空心电抗器的外绝缘开裂故障，查找故障原因，并提出了日常检修、维护的注意事项。

【关键词】干式铁心电抗器；干式空心电抗器；烧毁；匝间短路；外绝缘开裂

0 引言

干式电抗器凭借其损耗小、噪声低、强度高、安装方便、维护简单、电抗值线性等显著优点，已广泛应用于电力系统中。但随着运行年限的增加，电抗器的许多问题也逐步显现出来。本文从变电站内10kV并联电容器组串联电抗器故障入手，对干式铁心电抗器烧毁故障和干式空心电抗器的外绝缘开裂故障进行分析，寻找故障原因和处理办法。

1 故障情况简述

1.1变电站内10kV并联电容器组串联干式铁心电抗器烧毁事故

2013年12月，某变电站室内布置的10kV并联电容器组串联干式铁心电抗器起火，故障造成该电容器组不平衡保护动作跳闸。现场勘查发现C相电抗器上部外层绝缘开裂，裂缝自外绝缘上端向下延伸，长约35厘米，自裂缝内部向外流出黑色胶状物，C相电抗器上部靠近B相侧有明显燃烧痕迹，B相外层绝缘树脂烤焦，如图1所示。

图1 干式铁心电抗器烧毁

该电抗器型号为CKSC-380/10-6，生产日期为2007年12月。

该事故发生两个月后，同一变电站内另外一组电抗器发生烧毁事故，事故情况基本相同。

1.2 某220kV变电站干式空心电抗器外绝缘开裂事故

2014年3月，工作人员在设备巡视过程中发现某变电站室外干式空心电抗器在运行中有异响、异味，检查发现C相电抗器外包封沿线圈绕向60cm的区域内有部分细小裂纹，裂纹周围溢出灰黑色的渗出物，如图2所示。

图2 电抗器外绝缘开裂

该电抗器型号为CKGKL-360/10-12，于2011年6月投入运行，为三相叠装方式，故障相为三项叠装的最下层。

2 事故原因分析

2.1 干式铁心电抗器烧毁原因分析

该变电站所带负荷为钢厂，无功需求大，并且存在大量谐波污染。并联电容器组安装在室内，尘土堆积较为严重，且通风不良，造成室内温度较高。

运行环境散热不良，电抗器通气孔阻塞，导致电抗器本体温度过高。无功需求量大，使得电容器装置长期处于投运状态。电弧炉、大型轧钢机、电力机车等在运行中会产生大量的高次谐波，大量谐波流入电抗器导致电抗器铁心与线圈损耗增加，进一步加剧了温度上升。温度过高，绝缘材料老化加快，致使绝缘性能下降。特别是线圈匝间绝缘性能下降后，在合闸电流的冲击下，造成匝间短路。合闸瞬间，电容器两端电压不能突变，电抗器端电压与电源电压相同，铁心迅速饱和，电抗值急剧下降，且合闸过程中，线圈电压分布不均匀，线圈首端匝间电压较大，导致线圈首端电流大大超过正常值，在匝间绝缘性能不足时形成匝间短路故障，温度急剧上升，填充树脂燃烧，内部压力增大，造成外部包封开裂，填充树脂从开裂处向外流出。

2.2 干式空心电抗器外绝缘开裂原因分析

出现外绝缘开裂现象后，检修人员对该电抗器进行了检查、试验。除裂纹外，电抗器其他部位无异常，三相直流电阻分别为22.70mΩ、22.45mΩ和22.80mΩ，不平衡率为1.55%，在规定标准范围内，证明电抗器内部未发生断线。脉冲电压试验波形如图3所示，震荡波形衰减均匀，频率无变化，证明电抗器不存在匝间短路和匝间绝缘缺陷。

图3脉冲电压试验波形

干式空心电抗器采用多层绕组并联的筒形结构，各包封之间有通风气道。每层绕组外部用浸渍了环氧树脂的玻璃纤维缠绕严密包封，用树脂及硅粉填充表面凹凸部分，高温固化后在包封外涂抗紫外线漆。包封表面的灰黑色溢出物应为树脂和硅粉。

在大气条件下，电抗器表面会附着有尘埃等污物，污物在潮湿环境下会受潮导致电抗器表面泄漏电流增大，电场集中，促进表面潮气蒸发，出现局部干燥区域，改变了表面电阻，形成很微小的局部放电电弧，促使绝缘老化，局部出现过热现象。过热处电抗器表层在多次热胀冷缩作用下出现绝缘开裂。由于开裂处受潮后致使绝缘进一步下降，导致泄漏电流增大，更加促进了局部温度的升高，最终致使树脂和硅粉融化溢出。

3 日常检修、维护注意事项

通过对干式铁心电抗器烧毁故障和干式空心电抗器的外绝缘开裂故障的分析，对干式电抗器的日常检修与维护提出以下几点注意事项。

（1）加强电抗器设备巡视工作。重点检查电抗器外绝缘开裂情况，必要时进行各个包封表面开裂情况的检查，由于表面开裂受潮很容易导致局部电场分布不均，从而发生表面爬电和绝缘击穿。所以对开裂情况较为严重的电抗器应及时进行更换，开裂较轻的应在开裂处喷涂RTV（憎水性）涂料，覆盖裂纹，防止电抗器外绝缘开裂导致受潮。其次要检查电抗器包封撑条有无脱落，电抗器表面有无放电痕迹，电抗器有无异响，若出现异常应及时停电试验、查找问题，防止发展成为恶性事故。

（2）加强电抗器红外测温工作。特别在高温和大负荷时应适当增加测温次数。对电抗器局部温度过高要引起足够的重视，局部温度超过纵向或横向温度15到20度时应停电进行检查、试验，因为此类缺陷往往是由于局部泄漏电流增大或线圈局部通流截面积减小造成的，有可能在短时间内导致严重事故。

（3）加强对电抗器匝间绝缘缺陷的监督管理。电抗器匝间绝缘缺陷很可能发展成为匝间短路，造成电抗器烧毁。电抗器脉冲电压试验所加试验电压较高，利于发现电抗器匝间绝缘缺陷，灵敏度较高，应在预防性试验中推广应用。

（4）定期对电容器室的积灰进行清扫，保证室内气流畅通，以提供给设备良好的运行环境。注意清扫电容器室百叶窗、在杨絮飘落的季节可以在百叶窗口加装细纱网以阻止其进入设备运行的房间。维护过程中注意清洁电抗器的通风气道，必要时用鼓风机清理气道中的杂物与尘埃。防止气道阻塞、通风不畅造成电抗器过热乃至烧毁。

4 结语

由于电抗器运行环境不好，维护管理不到位，产品质量不过关等因素造成电抗器温度升高，绝缘性能下降是电抗器发生故障的主要原因。加强设备巡视、监督，控制电抗器温升可以有效减少电抗器故障，有利于提高电能质量，促进电网的稳定运行。

参考文献

[1]孙强，吴经锋.运行中干式电抗器绝缘状况的诊断方法和判断标准[J].电力设备，2004（09）.

[2]于良中，方伟，易兆林.树脂绝缘干式铁心与空心电抗器的性能比较[J].高电压技术，2004（08）.

作者简介

郗力强 （1988-） 男 河北省廊坊市 助理工程师 从事电力电缆及无功设备检修工作。

于建伟 （1981-） 男 河北省廊坊市 助理工程师 电缆技师 从事电力电缆及无功设备检修工作。

尚建武 （1971-） 男 天津市武清区 助理工程师 变压器技师 从事电力电缆及无功设备检修工作。

刘冰（1983-） 男 河北省廊坊市 工程师 从事无功专业管理工作。

安冰（1983-） 男 河北省廊坊市 工程师 从事电力设备高压试验工作。