干式空心电抗器故障原因分析及防范技术措施

目录

1 背景 1

2 故障原因探查 3

2.1 故障解体探查 3

2.2 运行数据统计分析 8

2.3 结论 10

3 电抗器热点温升实测 12

3.1 传感器的研制与布设 12

3.1.1 传感器的研制 12

3.1.2 传感器的布设 15

3.2 埋入式热点温升测量 20

3.2.1 固化过程温度、应变监测数据分析 20

3.2.2 温升试验实测 22

3.3 常规表插式热点温升测量 24

3.4 结论 26

4 匝间绝缘材料过热老化情况研究 27

4.1 过热老化研究 27

4.1.1 材料及实验设备 27

4.1.2 实验研究 32

4.1.3 小结 40

4.2 基于空间电荷测量技术的绝缘特性研究 41

4.2.1 实验部分 42

4.2.2 小结 65

4.3 结论 66

5 电抗器受力情况研究 67

5.1 电磁场与电动力的大小与危害 68

5.1.1 电动力与电磁场的数值计算方法 68

5.1.2 电磁场与电动力数值计算结果 74

5.2 应变量实际测量 85

5.2.1 传感器研制 85

5.2.2 固化过程应变监测 88

5.2.3 温升试验中应变监测 90

5.3 投入初期电抗器损坏情况 90

5.4 结论 92

6 电抗器操作过电压情况研究 93

6.1 投切过电压实测情况 93

6.2 电场数值分析 93

6.3 结论 96

7 电抗器结构特征与制造技术研究 98

7.1 电抗器的结构复杂度 99

7.2 高复杂度导致的失控的制造偏差 101

7.3 制造偏差的危害 102

7.3.1 电流、损耗与局部温升的计算方法 104

7.3.2 局部偏差对电流、损耗及局部温升的影响 109

7.3.3 温升对绝缘性能的影响 130

7.3.4 小结 132

7.4 局部电场畸变的危害 133

7.4.1 基于有限元法的匝间电场仿真 133

7.4.2 电抗器匝间绝缘材料空间电荷分布规律 136

7.4.3 小结 138

7.5 结论 138

8 新型成型换位线电抗器 139

9 综合防范技术措施 142

9.1 目标 142

9.2 设计、制造 142

9.3 运行、维护 142

9.4 退役 143

参考文献 144

附录 145

《干式空心电抗器故障原因分析及防范技术措施》通过对大量干式空心电抗器的故障解体探查、设计原理及结构特征分析、制造能力调查，对影响干式空心电抗器使用寿命的过热问题、受力问题、设计结构和制造工艺等问题，做了深入浅出的研究分析，揭示了电抗器频繁发生故障的基本成因，并从设备选型、运行维护、退役等全寿命周期的角度提出了全面的防控技术措施。

闪污是影响配电网安全运行的重要因素之一，威胁到整个电网运行的安全性，所以要对引起闪污故障的原因进行分析。因为配电线路裸体架设的方式，长期处于户外环境中在其表面就会附着各种微粒，在潮湿环境的影响下，污秽层中的金属物质就会提高污秽层的导电性，在受到电压的作用下，就会发生闪污。在污秽层中的金属颗粒含量越高，环境越是潮湿的条件下，越容易发生闪污故障，所以在低温的冬季以及阴雨的夏季是闪污故障的多发期对配电网的安全运行造成极大的危害。

污闪故障气侯变化异常

因为配电线路的覆盖面积大 、延伸里程长，所以线路的运行状况更容易受到各地不同气候条件的影响。在地区的气候差异下爱到阴雨 、大雾 、覆冰的气候影响，在一定的电压作用下，就容易出现闪污故障，对配电线路的绝缘性能造成影响，威胁到供电系统的稳定性。

污闪故障环境污染严重

为了保证工业生产以及人们的日常生活用电能够稳定供应，配电线路会覆盖各个用电区域。而随着我国经济建设的发展，各种工厂的规模在不断的增加，工业生产的发展异常迅速，在生产的过程中会排放出大量的金属微粒对空气造成严重的污染 。而架设在工业区的配电线路上就会附着含有大量金属物质的污秽物，在潮湿的环境下，就容易引发闪污故障的发生。

污闪故障外绝缘配置不合理

在有关部门对产生污闪现象的配网绝缘子进行检测的过程中发现其等值盐密多为0.3—048mg/cm²，这种设置使得其不能较好的抵御阴雨潮湿天气也是造成污闪现象的原因之一。

污闪故障绝缘子选型不合理

有些部门对于绝缘子的选型没有认识到重要性，对于实际运行状况不甚了解，致使绝缘子的选型不符合配电网的运行条件，在质量上不合格，直接导致污闪现象的发生。

污闪故障管理维护有欠缺

由于电力系统中的相关部门没有认识到闪污的严重性，所以没有制定完善的运行维护制度，没有组织专业人员对配电线路进行巡检，所以对于线路中覆盖的污秽层没有及时的清除是闪污故障发生的主要原因之一 。

故障实况：220 kV 某变电站在正常运行中，突然出现220 kV 副母线压变 B 相二次侧失压故障，相关部门遂下令进行停电检查 。

故障相压变由 2 节瓷套外壳的电容分压器和安装在下部油箱中的电磁单元构成。 其中C11安装在上节瓷套内，C12分压电容和C2共装在下节瓷套内。其电容量分别为：C11=19 615 pF，C12和 C2串联后的电容量为 19 705 pF 。

故障发生后，在运行状态下，试验人员分别直接对 3 个二次电压绕组进行输出电压测量， 确认电压输出为 0，现场检查 CVT 外观正常，无异音现象 。

故障原因分析：

原理分析：

根据 CVT 结构特点和工作原理可知，可能导致CVT 二次侧失压故障的原因主要有：电磁单元一次引线、绕组断线或接地；分压电容C2短路；各分压电容之间的联结断线；油箱电磁单元烧坏、进水受潮等故障；接地端连接不牢固，N，P 连接不牢固或放电 。

电气试验分析：

针对可能导致故障发生的因素，在设备停电状态下对该 CVT 进行诊断试验， 分别测量了该 CVT上下节耦合电容器的绝缘电阻、介质损耗因数、电容量和中间变压器的二次绕组直流电阻、绝缘电阻以及绝缘油化验分析。 试验表明该 CVT 上节耦合电容器绝缘电阻、介质损耗因数和电容量均在合格范围内，因此可排除上节耦合电容器发生故障的因素 。

对下节耦合电容器和电磁单元试验时发现异常试验数据。下节整体绝缘电阻（含电磁单元）为4 000 M欧，小于合格标准的5 000 M。采用自激法测量。C12和C2的介质损耗因数和电容量时，仪器显示高压无信号，未出现输出过载等其他异常信号。在排除试验接线错误、试验仪器故障、现场电磁场环境干扰的因素后，初步判断该 CVT 一次侧、二次侧之间的电压关联已经被破坏 。

在此基础上，对该 CVT 二次绕组绝缘电阻和直流电阻进行测量，试验结果表明其二次绕组绝缘电阻和直流电阻均合格，故可排除二次绕组故障的因素，由此故障范围缩小为下节耦合电容器和电磁单元一次侧部分 。

下节耦合电容器包括分压电容 C12和 C2，假设故障发生在该部位， 则应出现 C12断线或 C2短路的情况， 然而在测量 C12和 C2的介质损耗因数和电容量时仪器未出现输出过载信号， 表明 C2并未短路C又由于下节电容器与电磁单元整体绝缘电阻偏低，与 C12断线的情况不相符。因此故障部位很可能出现在电磁单元，且由于故障原因导致下节整体内部绝缘状况劣化，造成绝缘电阻偏低 。

绝缘油化验分析：

由于该类型 CVT 外部和端子箱中无电磁单元一次侧引出线，难以直接对其进行单独试验以准确判断故障情况，鉴于此通过关联试验来间接判断故障情况。电磁单元安装在 CVT 下部油箱中，当电磁单元一次侧引线发生非应力性断裂时（如高温烧灼或电弧放电等情况），绝缘油中会析出相应的故障气体，根据析出气体类型和产量可以判断故障性质。通过对该 CVT 绝缘油化验分析发现，油中氢气和总烃产量均超标，且油中含有 C2H2，表明中间变压器内部发生过电弧放电现象 。