一起空心并联电抗器事故分析

一起空心并联电抗器事故分析

周扬

顺特电气设备有限公司，广东 佛山 0757

摘要：并联电抗器，一般接在高压输电线的末端和地之间，起无功补偿、限制系统中工频电压的升高和操作过电压、增加系统的稳定性和送电能力等作用。其中，大量的并联电抗器采用的是空心结构，安装于户外，长期受雨水、紫外线和风力等影响，相对其余高压电气设备而言，高故障率已经成为空心电抗器发展和壮大的重大阻碍。

关键词：并联电抗器 树枝状放电 全防护

故障情况：

重庆某站一台35kV空心并联电抗器，于2020年6月4日晚起火。产品型号BKGKL-15000/35

出厂时间2005年3月，运行时间超过15年。故障发生时天气无异常，产品在投运半个小时左右起火烧毁。检查外观发现故障后线圈本体和防雨帽完整，线圈最外包封有RTV包裹且看上去喷涂时间不长，线圈上表面有大量污秽，风道、铝星型架上有较多积尘，上出现臂一铝排放电痕迹明显且烧蚀严重；线圈从里向外看，第三、四包封故障最严重，有明显的起火烧黑现象都在这两个包封上，推测故障起始点在该包封范围内，其他包封其余位置未见明显故障。

通过从外到里依次锯开第11包封到第3包封，一共8个包封，解剖过程同时观察各包封表面是否有老化和过热变黑、表面放电、树脂的在导线内部的涂覆、渗透情况、雨水痕迹、导线绝缘层是否有脆化的等现象。检查发现所有包封上端面树枝状放电迹象非常明显，部分放电烧蚀裂缝长度和深度已经严重破坏了整体绝缘性能。线圈近期有补涂防护的RTV,但是除最外包封外表面及线圈上端面有少量RTV包裹外，绝大部分区域的线圈没有有效的防护，裂缝处完全没有遮盖。

第四包封故障部位主要集中于线圈中上部，切割下的大约1/6包封中大面积烧毁，部分区域线匝变形明显，整体内层线匝呈现点断线。该包封共四层线，撕开内绝缘可发现最内一，二层线已大量熔化，其余两层线相对完好。

图1包封上端的放电痕迹 图2 故障包封表面

在故障区域有几处较大的熔炕，基本穿透下面几层线匝，其中在靠近最上端的位置有一个明显大熔坑，几乎贯穿整个包封。

图3故障位置放大图

原因分析

从线圈解剖现象看，产品烧毁面积大，熔化的线匝较多，可以推断产品故障持续了一段时间，主要原因是由于绝缘被破坏引起多处大范围匝间短路，导致产品起火烧毁。而引起线圈多处大范围匝间短路的主要原因，按一般的分析可能是以下三种：

1、电抗器线材、线圈的绝缘材料存在隐患缺陷，引起绝缘击穿烧毁产品。这种情况由于缺陷点较明显，一般很快就会导致产品短路，会在产品投运的1年之内出现故障，对于投运15年的产品，这种可能性较小。

2、电抗器在运行期间，由于外部环境变化，如线圈表面被积尘、鸟粪、异物等污染，从而引起表面放电，长期积累导致线圈整体绝缘受损。由于表面树枝状放电，可逐渐发展对电抗器导线匝间绝缘造成破坏，首先在局部发生匝间短路，在较短的时间里使电抗器发热加剧，直至起火燃烧。故障后放电瞬间扩大，在包封已经开裂并可能进水的情况下，放电瞬间扩散大面积放电。结合该电抗器表面上端面大量放电裂缝分析，该原因的可能性较大。

3、外部过电压施加在电抗器上，线材绝缘受损，在长期运行的反复冲击下，线材绝缘快速老化，绝缘失效而导致线圈匝间短路，产品烧毁。产品在每次投切都会受合、分闸过电压的冲击，这种过电压的峰值和频率主要决定于系统参数配合、投切开关的类型(动作时间)和产品过电压保护装置的配置等有关，操作冲击电压一般可以达到3~4倍的额定电压。如此在反复的投切过程中，线圈温升快速变化，在热胀冷缩的作用下线圈绝缘材料将会开裂、进水，将大大加速电抗器的绝缘老化，此时绝缘已经薄弱了的电抗器在某次过电压的冲击过程中被击穿，导致线圈故障。

综上故障原因可行性分析和现场的解剖实物，推测该产品故障的主要应该是由于同线圈内外绝缘受损，在线圈开裂严重的前提下，雨水进入包封内部，在电化学作用下线匝绝缘加速老化失效，导致匝间短路故障，引起产品烧毁。

措施和建议

户外使用的干式电抗器最大的缺陷就是包封开裂进水，这是由空心电抗器的本身的绝缘材质组成决定的。环氧玻璃材料含有大量—CH(O)CH—环氧分子基团，该分子基为极性分子，具有亲水特性。水分子容易停留在环氧玻璃材料表面，污秽和雨水容易积聚在包封表面，容易造成表面爬电，导致绝缘老化和电蚀，大部分电抗器烧毁都是直接或者间接由此引起。

引起树枝状放电的原因可概述为：在下雨或湿度较大的天气，由于电抗器表面污物受潮，引起表面泄露电流增大，产生热量，使表面电场较集中的区域水分蒸发较快，个别地方出现干区，表面泄露电流在该干区中断处形成局部电弧，随着时间的增长，局部电弧合并后产生树枝状放电。空心并抗端部表面和铝排星形架的表面泄露电流较集中，因而该区域出现的树枝状放电较多。另外由于引拔条和拉带本身容易吸潮，且周围容易聚集污物，因而发现的几处树枝状放电现象在引拔条和拉带周围。

产生树枝状放电的两个必要因素是有泄露电流和由于受潮而降低的污物电阻。因此避免树枝状放电也从解决这个两个因素着手。早期空心电抗器产品主推“穿衣带帽”结构来避免雨水的进入和污物受潮。但是由于雨水的角度和雾水等情况，不能有效的阻断雨水同电抗器的接触。最新研究方向可以给电抗器全包封内外做防雨处理，解决现在RTV只是局部涂覆的问题。顺特电气专利研发的“加强型全防护干式空心电抗器”，该技术通过中国电力企业联合会鉴定，获得“产品性能达到国际先进水平，其中多组份加成型中温固化硅橡胶淋涂全包封防护技术居国际领先水平”。产品具有无需现场定期喷涂RTV的运维工作，具备绝缘防开裂、防潮、防污闪、易维护、绿色环保等特点，是解决电抗器高故障率的首选方案。

对不能实现加强型全防护干式空心电抗器的产品，为有效预防户外运行产品故障，建议进行适当的清洁维护检查，提供以下几种相对有效的检查和防护方法：

a、由于线圈常规表面防护漆的耐侯性一般5年左右，建议5年后产品重新喷涂防护漆，污秽受潮严重区需适当缩短周期，强腐蚀性性区域需做特殊防护。

b、定期1~2年清除集聚的灰尘和水迹，这可用干燥的压缩空气操作。

c、直流电阻检查。定期(一般是每年)测量产品的直流电阻值，与出厂值对比看是否有明显变化(防断线)，一般变化不应大于2%。

d、产品外观检查。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，有没有放电闪络痕迹，如有则需要尽快修复。

e、针对系统过电压的情况，可以校验系统参数的配合，监测系统过电压的水平是否满足设备运行的要求；检查系统配置的电压保护装置是否有效，在需要的节点加装避雷器和阻容吸收装置；

f、采用下沉式防雨顶盖，配置防雨栅格和防年装置，改善产品防雨和防污染效果，可极大提高产品可靠性。

结束语：本文通过对一起35kV空心并联电抗器事故做分析，通过对空心并联电抗器的解剖分析，结合故障现场，总结空心并联电抗器的故障原因，并提出应对措施和建议，为空心电抗器的故障分析提供了参考。

参考文献：

[1] 崔志刚.干式空心电抗器故障原因分析及防范技术措施,科学出版社出版,2019年11月

[2]张乾良，李霞. 35kV干式空心电抗器故障隐患预防措施研究[J],变压器，2017，54（8）:72~74

[3]朱东柏，林连山，周满秋.户外干式空心并联电抗器沿面放电的探讨[J],变压器，1998,35（7）:5~8.

[4]张丽, 徐玉琴. 并联电抗器在超(特)高压电网中应用及发展[J]. 电力自动化设备, 2007, 27(4):75-78.