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一起10kV电抗器故障分析及防范措施

作者:未知

  摘要:本文主要针对 110kV 大 x 坝站 10kV#1 电抗器组 A 相本体的烧毁故障展开分析,并总结得出故障的原因,并提出解 决相关故障的建议与对策。
  关键词:故障;绝缘;措施 引言:
  随着 10kV 电抗器组的普遍运用,供电的质量得到了明显的改善,可是在实际的运用过程仍旧存在很多问题,严重的甚至导致设备的烧毁,对安全生产运行造成严重的威胁。
  1 故障情况概述
  2017 年 11 月 9 日,110kV 大 X 坝站 10kV#1 电抗器组 A 相电抗器本体出现电流放电声,A 相电抗器主体着火,火焰很 大。几分钟后 10kV#1 电抗器 R01 开关过流 II 段动作跳闸,逐渐 A 相电抗器本体火焰熄灭,冒出大量的黑烟。故障发生后相关人员马上到达现场,通过检查发现 A 相电抗器地面上有大量的黑炭灰,A 相电抗器底部呈黑色焦糊状,顶部最內侧线圈包封有一位置被击穿,击穿点周围的绝缘材料经过高温燃烧出现绝缘层脱落及流胶现象,内侧面大部分已被熏黑,有 些包封受到高温燃烧后滴落的绝缘材料烫伤从而裸露出了玻璃纤维带。
  电抗器出厂日期为 2011 年 1 月,事故发生当时现场气象条件:天气晴朗
  2 试验分析与检查
  #1 电抗器 A 相本体地面上的黑炭灰怀疑是本体环氧树脂燃烧滴落造成的,然后通过检查,发现最里面的线圈包封顶 部有一位置已被击穿破坏,并且击穿点周围的绝缘已经被高温烧毁。故障点附近的几层线圈包封和下端支柱附近的线圈包封都在高温下变黑,一些在高温作用下涂层绝缘材料溶解,导致环氧树脂脱落并露出玻璃纤维带,结合现场状况判断这是电抗器匝间短路引起的故障。
  对#1 电抗器进行绕组的直流电阻测试,对比了三相绕组的直流电阻数据与出厂值及上次试验数据,发现直流电阻超标,测试数据如表  1、表 2、表 3 所示。
  根据“中国南方电网有限责任公司企业标准电力设备检修试验规程 (2017-06-01发布)”的6.2.2.1  干式空心电抗器 绕组直流电阻 要求“与出厂值比较偏差不大于 1%”, 2016年预试的直流电阻数据符合规程的要求,并未超过规程的1%, 三相A,B和C与出厂值之间的差异分别为-0.98%、-0.19%和-0.35%。2017年发生故障后试验的数据A相与出厂值相比增加了27.7%,B相和C相对出厂值对比分别增加了3.16%和3.7%,这超过2017年新颁布规程中的干式空心电抗器的直流电阻与出厂值的偏差不大于1%的规定。A相电抗器设备具有断开的开路现象,B、C相不排除磁干扰、环境温度干扰导致电阻值增加。
  空心电抗器是以空气加环氧树脂为复合绝缘的绕包式多支路并联为主,10kV#1电抗器采用环氧树脂立式缠绕技术绕制线圈,高温固化成形的技术,绕组采用多包封、多层、小截面导线的多并联支路结构,其绕组包封采用环氧树脂玻璃纤维材料增强绕包,端部用高强度铝合金星形架夹持、环氧玻璃纤维带拉紧结构,使电抗器线圈成为刚性整体。以支柱绝缘子和非磁性金属底座支撑线圈完成安装。
  3 故障原因分析
  3.1 原因查找
  产品本身具有毛刺和绝缘损坏等固有缺陷,绝缘很快就会老化并在很长一段时间内失效,导致产品转弯和层之间出现短路,产品也会燃烧,这通常发生在1年内发货的产品中。
  每次合、分闸时,产品都会受到电压冲击,这会对产品的绝缘造成一定的损害,特别是在产品绝缘的薄弱部分,在累积效应的情况下,这些地方的绝缘将被损坏并失效,这导致产品短路和燃烧,这通常发生在已经运行多年的产品中。
  产品的过载操作包括产品负荷运行或流过绕组的电流有较多的谐波成分,导致产品严重升温,绝缘加速老化,导致产品燃烧,从产品型号的选择来看,12%电抗非常接近三次谐波的低阻抗通道,很容易在系统中形成三次谐波滤波通道,导致产品过载和严重发热。
  3.2  原因分析
  鉴于#1 电抗器的运行情况结合故障分析,认为室外空心电抗器在多次投切冷热冲击,过电压,恶劣天气影响以及冷缩热胀等原因都会引起的绝缘老化开裂,存在潜在缺陷,特别#1电抗器组是无防雨帽的产品,在户外环境雨水、导电粉尘等影响下,外面的绝缘涂料PRTV、环氧树脂会逐年老化,空心电抗器线圈表面开裂出现缝隙,就有雨水进入,出现并联结构中匝间放电,经过持续放电不断积累,导致电抗器最终以击穿或烧毁等方式结束寿命。由于此次击穿位置在内壁顶部位置,平时巡视检查难以发现,风道内部更加难以观察,必须要用专业内窥镜才能看到风道内部情况,而且电抗器是由一层层的线圈包封构成,一次红外测温手段,也难以发现最里面几层的某部位发热情况。这次故障初步怀疑是由于最里面这层线圈包封靠风道这一面的绝缘层在粉尘雨水作用下老化,靠顶端部出现裂缝,形成“水树”产生树状性放电。由于空心电抗器是多包封多支路并联结构,并且每个包封内的每一层线往往都是2~3 线并联,甚至更多根线并联而成的,当并联的导线内部发生短路,并联导线间电位相同,运行无影响,当并联的导线内部发生不同匝间短路,由于两个匝间电位不相同,产生环流,空心线圈出现局部发热,长期运行下去,绝缘破坏的程度逐渐变深,匝间放电短路的范围也将扩大,当扩大到相邻3 匝间以上出现放电短路的情况时,就类似变压器绕组中出现了短路环,该短路环将严重发热,最终导致内壁被击穿,烧毁电抗器。
  4 防范措施
  鉴于户外环境雨水是电抗器故障的主要诱因,解决防雨问题也是空心电抗器提高可靠性的主要考虑,建议同类产品无防雨帽的加装新型的电抗器防雨帽。风道内的情况难以观察的,平时停电维修应使用强光电筒及内窥镜检查,对于有防护涂层脱落的,线圈表面出现裂纹的,应检查包封内是否存在放电发热现象,有进水受潮的或有灰尘青苔的等异物,应清洁后封堵及采取绝缘增强措施。运行一定年限的产品建议能够邀请到厂家来进行性能检测以及进行绝缘增强。B、C相存在数值增大,建议结合其他方法查明,不合格的给予更换。对运行的干式空心电抗器进行红外测试,对温度出现异常的电抗器应停电进行诊断性试验分析。
  结束语
  总之,对电抗器进行有效的维护十分有必要,在对其进行维护时,需要对其出现的原因进行分析,并采取针对性的解决方法,相关单位需要积极做好事故防范措施,做到防患于未然,这对于保障电网的安全稳定运行具有十分重要的作用,能够使人们的用电质量得到保证。
  参考文献:
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  [3]胡杰.变电站 10kV 电容器组串联电抗器故障分析[J].现代建筑电气,2012,3(05):27-29.
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