电抗器寿命分析及改造优化措施

电抗器寿命分析及改造优化措施

沈浩

（深圳供电局有限公司广东深圳518000）

摘要：本文先后对电抗器全生命周期各环节问题、公司电抗器现存缺陷、已报废电抗器典型案例进行多角度、深入分析，找到了影响电抗器寿命、造成其过早报废的根源：即运行绝缘包封问题及频繁操作问题。针对这两大原因，提出了延长电抗器寿命的若干措施，经过部分实践验证，有效抑制了电抗器故障报废率高的问题。

关键词：电抗器；寿命；绝缘包封；PRTV

一、电抗器的概述

电抗器是变电站不可或缺的重要设备之一，按照接线不同分为并联电抗器和串联电抗器。并联电抗器作用为：降低工频过电压、降低操作过电压，平衡线路的无功功率；串联电抗器作用为：限制短路电流、限制电网中的高次谐波、提高了系统运行的稳定性。近些年，公司在运电抗器故障率有增长趋势，并威胁电网安全运行。为此，须找出相应原因，分析并提出解决措施。

二、电抗器全生命周期对寿命的影响

电抗器的全生命周期经历了多个环节：从电抗器制造出厂到安装试验、投入运维直到故障报废。每个环节如果把控不到位，都有可能影响电抗器的寿命。以下针对电抗器各环节分析：

1、生产制造因素

干式电抗器由多个并联的包封组成，包封内的导电材料主要是铝导体，铝导体制造过程中夹杂了杂质，导致各包封铝导线电流分布不均匀，在运行过程中出现了局部过热的缺陷，加上铝导线通流密度偏大、使用的绝缘材料耐热等级偏低，在长期的热效应累积下，造成局部过热鼓包，绝缘损坏的现象。在合闸涌流的冲击下，引起薄弱点（鼓包处）匝间短路，该点短路及其发展，使得电抗器绕组电流进一步增大，进一步带来绝缘相对薄弱处发生匝间短路，最终形成贯穿性放电，直至将其绝缘层加热至燃点起火。

2.环境因素

户外电抗器长期日晒雨淋，温度高加速其绝缘老化；当绝缘老化到一定程度时，电压会击穿绝缘造成匝间短路故障；其次，雨天和潮湿时也会降低设备绝缘，并导致金属锈蚀，降低机械性能；此外，长期放置户外的电抗器还会积污积尘，导致局部发热并可能造成设备闪络放电。另外还有生物（如霉菌和细菌）的影响，以及一些动物（如白蚁）的侵害。

3.安装验收因素

施工工艺不符合要求，电抗器安装基础不牢固；赶工期或施工时间仓促导致施工质量不达标等。

4.运维因素

巡视运维质量不高导致设备缺陷发现不及时、巡视周期不合理、电抗器设备操作过于频繁，合闸涌流和操作过电压也会对其寿命造成影响。

三、公司现存电抗器故障案例分析

电抗器在长期运行中可能存在不同程度的缺陷，如不加以管控，任由缺陷累积、发展则会对电抗器寿命造成影响。对此，我们统计并梳理了2015~2018年公司电抗器相关缺陷共计179条，对其缺陷原因进行分类（图1），并进行统计其缺陷原因（图2）：

图1公司近三年电抗器缺陷原因分类（部分截图）

图2公司近三年电抗器缺陷梳理统计

由此可见，发热（75%）、异响（14%）占比较大，此外还有流胶（4%）、渗漏油（3%）、炸裂烧焦故障（3%）、积尘（1%）等因素。

2017年3月，公司某500kV变电站35kV串联电抗器32DK在送电时故障起火，手动分闸后将起火部位熄灭，设备已停运。现场检查判断为电抗器C相本体绕组匝间短路，在合闸冲击电压和涌流作用下导致电抗器故障起火烧损，如下图3。

图3500kV变电站35kV电抗器32DK整体及C相烧毁图

经检查后发现故障的直接原因为匝间绝缘老化，经拆解检查，引起匝间绝缘老化的原因分析如下：

1、绝缘包封因素：日晒雨淋运行受潮

由图3可以看出，烧毁最严重的部分均为最外层靠顶端的包封，由于此包封长期暴露户外，日晒雨淋，绝缘粉化、出现裂缝，雨水从裂缝中渗入，加速了环氧树脂的老化，泄漏电流增大，形成很小的电弧。随时间的增长，电弧发展并合并变大，最终形成沿面树枝状放电，进一步发展造成匝间短路。

据了解，故障发生时正是阴雨潮湿天气，潮气与粉化后的绝缘材料相接触，降低导线匝间绝缘，造成匝间短路，引发电抗器故障起火。

2、操作因素：频繁操作、合闸涌流及过电压损坏绝缘

表1500kV变电站故障电抗器投切情况统计

由表1可知，开关投切动作后，电抗器运行短时间内发生了故障，并且在故障前，电抗器已经投切了近千次。这说明故障很有可能与频繁投切有关：开断电抗器时，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。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，造成匝间短路现象。

综上，造成该35kV干式空心电抗器故障报废的因素为：电抗器包封受潮（绝缘包封问题）、频繁操作导致的合闸涌流及操作过电压（频繁操作问题）等两大因素。

四、电抗器延长寿命的建议措施

（一）电抗器绝缘包封问题的措施

1、提高电抗器出厂质量（优生）

（1）在选材设计方面进行优化，需选用优质适当的硅钢片、线圈绝缘等材料；并考虑防止包封受潮、减小温升不均等方面问题，如采用换位导线、全包封防护工艺技术等。

（2）在生产工艺方面进行改良，保证电抗器的包封绝缘、端绝缘的整体和完整性，加强包封环流控制、改善包封密封效果、采用真空浇注工艺等，可有效提高产品的可靠性。此外，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、定期补充喷涂绝缘涂料及除尘（穿衣）

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，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，可以有效增强设备外层绝缘，防止外绝缘放电爬电。应定期检查PRTV涂料的憎水性，当RTV涂料憎水性达到4-5级时，应重涂RTV涂料。正常运行时建议每5年重新喷涂防护涂料（根据现场污秽受潮严重情况适当缩短）。

此外运行中积污灰尘会对产品绝缘造成危害，根据现场污秽情况结合停电，及时清除灰尘杂物，发现包封有起皮脱落现象时及时补漆。产品运行2年后，需每年仔细检查线圈所有表面绝缘防护层是否有失效情况，是否有放电闪络痕迹，如有则需要尽快修复；

3、在电抗器顶部装设新型防雨帽（带帽）

户外电抗器长期经受经日晒雨淋、污秽酸雨等恶劣环境影响，在冷热冲击下导致绝缘出现包封绝缘微裂纹，雨水渗入后造成绝缘下降，不断累积后诱发故障。因此，雨水是户外干式电抗器故障的一大诱因。对此，可以在电抗器顶部装设新型防雨帽。

图4新型户外电抗器防雨帽（结构图）图5新型户外电抗器防雨帽（实物图）

即在电抗器顶部加装一个绝缘防雨顶盖，以遮挡阳光中的紫外线和雨水，顶盖中部设计为垂直孔状通气格栅，用以散热，当雨水落入中间格栅处，会垂直落入地面，避免了雨水淋浸电抗器内部，而电抗器外表面喷涂了PRTV防水材料，从而避免了雨水对电抗器的侵蚀。图5为公司500kV变电站加装新型防雨帽的户外电抗器，从2017年加装至今从未发生过类似匝间短路导致起火燃烧事件。

4、返厂专业检查及绝缘补强修复（治病）

对于个别缺陷较严重的电抗器，可以考虑返厂进行各项专业检查：包含直流电阻检查（防断线）、高频连续脉冲振荡耐压试验（施加80%电压，验证产品线匝间绝缘是否完好）、故障定位，并结合试验评估结果对其进行相应的线圈清洗维护、绝缘补强（绝缘薄弱处喷涂环氧树脂绝缘剂并烘干固化，喷涂PRTV防污闪涂料）进行修复。据了解，返厂绝缘补强可延长其寿命5至10年。

㈡针对操作过电压和合闸涌流的措施

1、为了抑制操作过电压，可以在电抗器引线附近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，在正常运行时，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，另外，在电抗器两端并联上氧化锌避雷器可以增大电抗器的杂散电容，从而降低操作过电压的大小。

2、由于电抗器受潮后投切可能会导致匝间短路，建议在下雨或空气湿度较大时禁止电抗器投切操作。运行人员每次在电抗器投运后，要仔细观察电抗器的状况，如匝间短路往往10多分钟就会发现冒烟、直至出现明火的现象，立刻停运；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、避免并联电抗器的频繁投切。当系统电压较高时，优先切除电容器组，当全部电容器组切除后电压依然偏高才考虑投入电抗器，投切电抗器可能产生合闸涌流和操作过电压，投切之间应保证一定时间间隔，避免频繁投切。

五、总结

经过对影响电抗器寿命的两大因素：绝缘包封问题及频繁投切问题深入分析，并按照上述解决措施进行整改，至今公司电抗器缺陷率明显下降，故障报废率较高的问题已得到初步有效抑制。

参考文献：

[1]崔志刚干式空心并联电抗器故障原因分析探讨昆明：变压器，2012

[2]席国强浅谈空心电抗器运行寿命影响因素佛山：工业技术，2017

作者简介：沈浩，男，毕业于西安交通大学电气工程系。就职于深圳供电局有限公司，工程师，从事变电运行工作。