干式空心并联电抗器（精选五篇）
干式空心并联电抗器 篇1
特高压交流输电具有输电容量大、距离远、损耗低等特点,我国目前正在建设的浙北—福州特高压交流输电工程是我国第三条特高压交流输电工程。110 k V干式并联电抗器作为该项工程低压侧主设备之一,具有吸收线路电容产生的容性无功功率,抑制长距离输电产生的工频过电压,改善轻载线路中的无功分布并降低线路的有功损耗等作用, 对特高压交流输电线路的稳定运行起着至关重要的作用。针对浙北—福州特高压交流输电工程,进行了110 k V电压等级大容量干式并联电抗器的设计制造。
1主要设计参数
110 k V并联电抗器主要设计参数如表1所示。
2并联电抗器关键技术分析
2.1电抗器绝缘结构设计
电抗器线圈纵绝缘距离主要根据接线端子间端电压和冲击电压选择,纵绝缘距离过低会使电抗器存在安全隐患,而纵绝缘距离过大会增加电抗器的运输难度和制造成本。
根据并联电抗器的制造经验,为防止电抗器因长期工作表面污湿,出现局部放电现象,电抗器的表面电位梯度不得大于13 k V/m。在该工程中,电抗器的安装方式为两台串联布置,因此单台并联电抗器运行端电压约为30.3 k V,电抗器表面干弧距离至少应大于2.4 m。对于端子间雷电冲击水平,电抗器表面电位梯度应不大于470 k V/m,以保证安全性,据此计算的电抗器干弧距离约为1.8 m。根据以上两种计算方法,选取干弧距离较大者作为参考来设计电抗器的绝缘距离。因此,该工程电抗器端子间的绝缘距离设计为3.28 m,安全裕度为1.37,保证了电抗器运行的安全性。
对于电抗器包封层内匝间绝缘,雷电冲击电压在匝间分布不均匀,电抗器最外层首匝承受的电压最大,后续匝逐渐衰减。在该工程中,并联电抗器最外层匝数为187,考虑冲击分布不均匀系数,匝间最大电压约为4.55 k V,远未达到导线的击穿电压55 k V,安全系数在12倍以上。
2.2电抗器导线选择
干式电抗器一般采用单根导线包绕绝缘膜绕制,每个大包封层又由若干层绕组构成。在该工程中,使用了新型的多股换位铝导线代替单根铝导线。换位铝导线由多股单根铝导线包绕绝缘膜后进行绞合,再包绕绝缘层。与单根导线相比,采用多股内换位铝导线有以下优点:
(1)换位铝导线载流量大,因此每个绕组包封层只需一层换位铝导线,减少了工作量,提高了生产效率。
(2)采用单根导线绕制时,每个导线包封层一般为多层导线并联结构,由于每层导线绕制圈数不同,相邻两层存在电位差,层间绝缘也承受电压。采用换位铝导线后,每个导线包封层仅有一层导线,不存在层间绝缘问题,大大提高了绝缘的安全性。
2.3电抗器温升设计
温升设计是整个电抗器设计中的关键,因为温升是影响设备热老化和使用寿命的关键因素。本产品匝间绝缘耐热等级为H级,整体耐热等级为F级。根据电抗器发热特性,影响电抗器平均温升和各层热点温升的主要参数有损耗、散热系数、散热面积及绕组高度。其中各层损耗占主要决定因素,损耗与各层电流分布有着直接关系,而各包封层电流分布又与各包封层的自感及各层之间的互感有直接关系,电抗器各层导线在绕制时,高度及外径的些许差别,对电抗器各包封层电流分布有着非常大的影响。
该工程招标文件要求绕组间温差小于或等于10 K,这大大增加了设计和制造难度。为了使电抗器各层热点温升接近平均值,降低绕组间的温差, 在并联电抗器生产过程中采取以下优化措施 :
(1)对包封厚度进行修正,由于包封用的纱有一定的弹性,其实际厚度不易控制,如果实际施工时包封的厚度与设计值不同,会直接影响交流电流在各包封层的分布。通过修正设计包封厚度,使其与实际施工值相符,从而保证各包封层电流分布与设计值相符合。
(2)在线圈绕制过程中,增加对绕组周长的控制,也就是在各层导线绕制完成后,对导线绕组周长进行测量,并及时进行修正。增加绕组周长的控制可以更好地保证各包封层电流的分布。
2.4电抗器布置方式及支撑结构设计
根据工程要求,110 k V侧单相感性补偿容量为80 000 kvar,若单相设计为一台线圈,其高度将超过5 m,增加了制造和运输难度。为此,将所需的单相电抗器设计成两台40 000 kvar电抗器,串联为一相分立安装,很好地解决了生产运输难题。
并联电抗器由于容量大,周围工频磁场强度大,对其周围金属部件会产生影响,在变电站实际安装时,为电抗器和其他设备预留了很大距离,增加了土地占用面积。因此,为并联电抗器设计了升高支座,由于电抗器磁场随着离电抗器距离的增加衰减得很迅速,对地面其它设备的影响也大为减弱,节省了占地面积。同时,安装升高支座后,在地震情况下,整个支撑体系受力的最大位置在其和地面的连接部位,而升高支座的抗弯强度要比绝缘子大很多,增加了电抗器支撑结构的安全系数,提高了电抗器的抗震性能。
2.5电抗器防鸟结构设计
装配有防雨罩的大容量电抗器在运行过程中,经常会有鸟类从电抗器和防雨罩间的空隙或电抗器底部飞入电抗器内部,由于鸟类会在电抗器内部进行筑巢、进食、排泄等活动,会严重危害电抗器的安全运行,尤其是鸟类的排泄物会黏着于电抗器风道内,长期积聚后会使电抗器发生闪络事故,其次,鸟类排泄物会沿着电抗器包封层表面下滑,形成一条长长的短路带,使电抗器有发生短路的危险。
为此,率先为110 k V并联电抗器设计了新型防鸟结构。该防鸟罩材质为玻璃钢,其优点是质量小,并且在电抗器运行过程中对电场没有影响。防鸟罩和防雨罩通过螺栓连接,每个防雨罩由四个相同的弧形防鸟罩连接组成,方便现场安装。
3设计参数与试验数据
浙北—福州1 000 k V特高压交流输变电工程用110 k V并联电抗器,经过了各项例行试验及型式试验,各项性能指标均满足技术协议书的要求,主要性能数据设计值与试验值的对比如表2所示。
从表2中的实验结果中可以看出,电抗器电感值、 损耗、平均温升及热点温升设计值与实测值基本吻合, 并且满足该工程要求的绕组间温差小于或等于10 K的严格要求,线圈本体耐受了650 k V雷电冲击水平, 因此生产的干式并联电抗器的设计方案是正确的。
4结语
干式空心并联电抗器 篇2
摘要：对于35 kV及以下电压等级的干式空心电抗器，按照IEC和国家标准规定，匝间绝缘可以采用雷电冲击或匝间过电压两者之一进行试验，按照IEEE和行业标准规定，既要进行匝间过电压试验又要进行雷电冲击试验.为弄清楚如何试验更合理，以一台串联电抗器和一台并联电抗器为例，数值解析了存在匝间短路故障时的电感变化量，通过电路仿真研究了两种试验方法判断匝间短路故障的有效性，绕制了一台电抗器样品进行了试验验证，结果表明：干式空心电抗器匝间短路故障时电感变化小，靠雷电冲击波形判断匝间故障会造成误判，而匝间过电压试验更容易发现匝间绝缘故障，认为进行两种试验是必要的，建议采纳IEEE及行业标准对试验方法的规定。
关键词：干式空心电抗器；匝间绝缘；雷电冲击；匝间过电压；试验方法
摘要：对于35 kV及以下电压等级的干式空心电抗器，按照IEC和国家标准规定，匝间绝缘可以采用雷电冲击或匝间过电压两者之一进行试验，按照IEEE和行业标准规定，既要进行匝间过电压试验又要进行雷电冲击试验.为弄清楚如何试验更合理，以一台串联电抗器和一台并联电抗器为例，数值解析了存在匝间短路故障时的电感变化量，通过电路仿真研究了两种试验方法判断匝间短路故障的有效性，绕制了一台电抗器样品进行了试验验证，结果表明：干式空心电抗器匝间短路故障时电感变化小，靠雷电冲击波形判断匝间故障会造成误判，而匝间过电压试验更容易发现匝间绝缘故障，认为进行两种试验是必要的，建议采纳IEEE及行业标准对试验方法的规定。
关键词：干式空心电抗器；匝间绝缘；雷电冲击；匝间过电压；试验方法
摘要：对于35 kV及以下电压等级的干式空心电抗器，按照IEC和国家标准规定，匝间绝缘可以采用雷电冲击或匝间过电压两者之一进行试验，按照IEEE和行业标准规定，既要进行匝间过电压试验又要进行雷电冲击试验.为弄清楚如何试验更合理，以一台串联电抗器和一台并联电抗器为例，数值解析了存在匝间短路故障时的电感变化量，通过电路仿真研究了两种试验方法判断匝间短路故障的有效性，绕制了一台电抗器样品进行了试验验证，结果表明：干式空心电抗器匝间短路故障时电感变化小，靠雷电冲击波形判断匝间故障会造成误判，而匝间过电压试验更容易发现匝间绝缘故障，认为进行两种试验是必要的，建议采纳IEEE及行业标准对试验方法的规定。
干式空心电抗器改进措施分析 篇3
近几年冬季,在我国东北地区,66 k V干式空心并联电抗器极易出现故障,据初步统计2013年底至2014年初,东北三省已有10余台66 k V并联电抗器发生故障。国内电抗器制造厂和电力科研单位研究分析发现 :东北地区66 k V电抗器事故具有共同的特点,即表面放电引发闪络且表面放电多集中在风道表面污秽及裂纹区域,是典型的污湿放电。在电抗器污湿放电领域,20世纪90年代国内多家单位已进行了大量研究,并取得显著成果,普遍认为:涂覆硅橡胶防污闪涂料是解决放电的最佳手段。
如果将现有的66 k V干式空心并联电抗器内部风道也涂覆防污闪涂料,必将有效避免放电,提高运行的安全可靠性。虽然防污闪涂料具有良好的附着性能,但是,现有电抗器风道已吸附了大量污秽, 涂层是否还能牢固地附着,此外,涂层是否会大幅提高现有电抗器的温升。这些未知因素将直接决定能否对现有干式空心并联电抗器采取改进措施。从电抗器风道涂覆的效果、涂层附着可靠性及涂层对 电抗器温升的影响方面,分析了干式空心电抗器风道喷涂防污闪涂料的可行性。
1 电抗器风道涂覆实施分析
1.1 风道涂覆要求
前期已解剖的大量66 k V故障电抗器发现 :电抗器风道放电主要集中在污秽集中区和裂纹区。风道表面鸟屎处放电和撑条与包封接触处裂纹放电。因此,若想避免电抗器内部风道放电,防污涂层必须有效地覆盖风道环氧包封、撑条的表面以及包封与撑条接触的拐角处,特别是拐角处不易喷涂。
1.2 风道喷涂试验
由于电抗器风道窄长,常规喷涂方法仅能在电抗器端环部位形成涂层,而绝大部分风道表面没有任何防护处理。为此研制了风道专用喷涂设备和特殊的喷嘴结构,实现了风道喷涂。最后发现专用设备喷涂的效果较优良,防污涂层能够全部覆盖风道各表面,满足防污湿爬电的要求。
2 风道涂层影响分析
防污闪涂层牢固地粘附于风道表面是其发挥作用的关键因素,如果涂层脱落,不但不能防止放电, 还会因脱落的涂层堵塞风道,导致局部温度升高, 加速绝缘老化,而更容易引发事故。因此,分析风道喷涂防污涂层的可行性应首先考虑涂层在风道上的附着性能 ;其次再考察涂层对电抗器温升的影响程度。
2.1 附着力试验
运行过的电抗器 ( 旧产品 ) 风道表面会吸附大量灰尘,而目前的手段也仅能对风道进行简单处理, 这将影响防污涂层的附着性能。下面分别用标准环氧试片、截取旧产品包封制作的试片进行试验。
用酒精擦拭清洁环氧板样片 ( 标准试样,模拟新产品风道 ),晾干后,喷涂防污闪涂料,制作试样,用划圈法判断附着性能。从旧产品截取 (100×80)mm风道包封,用风机吹掉表面浮尘 ( 不清洗 ), 直接喷涂涂层,制成试样 ( 污染试样 )。因污染试样的表面状态、厚度不符合划圈法试验规定,而用划格法判断附着性能。
标准、污染试样上防污闪涂层的附着力试验结果表明,无论洁净或有污秽的风道表面,涂层都具有良好的附着性能。
2.2 温度变化对附着性能的影响
电抗器的运行条件要求防污涂层必须能经受温度剧变而不影响附着性能。用温变循环试验来模拟温度变化对涂层附着的影响。试样取自解剖的电抗器包封,循环制度及试验结果见表1。循环试验表明 :防污闪涂层具有良好的耐温变性能。可以认为电抗器的温升、环境温度的变化对涂层的附着性能基本无影响。
2.3 涂覆对温升影响
电抗器风道涂覆防污闪涂料后,包封绝缘厚度增加,这必然改变电抗器的传热系数,影响电抗器温升。如果涂覆后,大幅增加电抗器温升,近而影响到产品的使用寿命,此时风道涂覆防污闪涂料的可行性须结合电抗器温升指标重新评价。
利用20 000 kvar/66 k V并联电抗器进行涂覆前、后的温升对比试验,详细数据见表2。
K
表2温升数据表明 :风道喷涂防污闪涂料后, 电抗器的平均及热点温升都略有下降。这可能是因为喷涂后,电抗器风道表面的整洁程度增加,有利于空气流动,提高了对流散热能力 ;另外也可能与测试误差有关。但总体上,可以判定风道涂覆防污闪涂层对电抗器的温升影响不大。
3 结语
试验分析表明 :专用设备可以实现对电抗器风道喷涂防污闪涂料,且涂覆效果优良 ;风道涂层的附着性能较好,涂层对电抗器温升影响程度较低。因此电抗器风道喷涂防污闪涂料是可行的。
干式空心并联电抗器 篇4
干式空心电抗器具有适应性好、其抗大电流冲击能力强、可靠性高、维护简单等特点,且在一定程度上不存在饱和的问题,在电网中得到了广泛的应用。但近年来,我局发生多起干式空心电抗器的损坏事故,引起了相关变电部门的高度重视。不断分析与研究干式空心电抗器的运行情况及对故障原因进行统计和分析,对于避免干式空心串联电抗器的烧毁是至关重要的。
1 干式空心电抗器的结构特点
干式空心电抗器的结构特点是复杂多样的,通过对干式空心电抗器的结构特点进行分析,可有效了解与认识引起干式空心电抗器烧毁的原因[1]。
干式空心电抗器多使用环氧树脂浸渍过的长玻璃丝束对线圈进行包封,且每个包封内有多根带有匝间绝缘的不同规格的铝线紧密并联绕制而成。线圈各包封之间用环氧引拔棒支撑形成一定的风道,并通过线圈的上下端使用由铝排焊接的星型架进行定位。
2 故障情况
通过对故障的了解与统计,可有效找到引起干式空心串联电抗器烧毁的原因,并及时找到可以应对的对策。
某变电站,在投入并联电容器以后不久保护动作,跳开该电容开关,将并联电容器组退出运行,经检查为A相电抗器烧毁。而另一起事故中,烧毁的是电抗器组B相电抗器,这几起事故的电抗器均为干式空心电抗器,线圈的材质均为铝(如图1所示)。且这两起事故起火点均出现明显的鼓包现象,均发生在投入电抗器后不久。
3 干式空心串联电抗器损坏的原因
由于干式空心串联电抗器自身结构的复杂性以及自身功能具有较多的特点,导致干式空心串联电抗器的损坏原因是多种多样的。但引起其出现故障的原因主要有:局部的温度过高、匝间绝缘击穿、散热不良、绝缘材料劣化等原因。下面,就针对干式空心串联电抗器损坏的原因进行分析与讨论。
3.1 局部过热
局部过热是引起干式空心串联电抗器损坏的主要原因。温度的稳定性和热状态是电抗器设计、制造质量的重要指标。而干式空心电抗器的局部温度有时可超过100℃。倘若在使用的过程中,采用B级绝缘的干式空心电抗器,较易因绝缘耐热水平程度不够,导致电抗器烧毁事故的发生。在使用的过程中,F级的绝缘干式空心电抗器是最佳的选择。但是在使用的过程中,仍不免会发生由于局部过热而导致干式空心电抗器烧毁事故的发生。应注意在干式空心电抗器各支路之间的设计问题以及制造工艺的水平问题。倘若在设计中,出现各个支路阻抗不平衡,会在一定程度上导致各支路电流的不平衡。此外,在工艺设计过程中,由于绕制机、工艺控制等原因,线圈的轴向高度、轴向宽度以及松紧度、包封厚度等参数的微小偏差都会影响到各支路间的阻抗平衡。在设计中应注意由于局部过热问题而导致干式空心电抗器烧毁的原因。
3.2 散热不良
由于空心电抗器对外漏磁情况特别严重。如果电抗器周围存在由金属部件形成的闭合回路,会在一定程度上加剧局部的温度,从而导致局部过热。此外,电抗器包封之间的风道太窄也会在一定程度上影响其的局部散热,从而导致局部温度过高。就我局发生的干式空心电阻器烧毁事故分析而言,其故障损坏的电抗器主要是内层的包封先损坏,因而导致内层的包封散热效果最差。
3.3 绝缘材料劣化
干式空心电抗器由于其自身结构构造的复杂性,其表面的绝缘材料易开裂、进水受潮。这也是影响设备损坏的主要原因。引起绝缘材料开裂的原因主要有两点:一是因为厂家采用的环氧树脂配方存在问题,二是导线的材料与绝缘材料的膨胀系数不同,导致绝缘材料表面易开裂。此外,在干式空心电抗器的绕制过程中,导线要承受一定的拉紧力,而当电抗器投运后,整个结构就会变得硬而脆,导致电抗器的导线发热进而引起热胀。导线材料与绝缘材料的膨胀系数不一致,干式空心电抗器的投切,还会在一定程度上造成包封的开裂、线圈的进水受潮等情况,导致匝间的绝缘存在故障[2]。
3.4 谐波影响
在并联电容补偿装置中,电抗器和电容器串联后构成一定的谐振回路,这在一定程度上能够起到消谐或滤波的作用,进而也能够在一定程度上提高功率因数和改善供电质量。但倘若在处理的过程中由于并联电容器参数的设置不当或投入电容器的数量不当,就会导致注入电容器组的谐波电流被放大或某次谐波引起电容器组谐振致使电抗器过流、过热。此外,当前的串联电抗器几乎没有处于保护状态,一旦发生由于谐振而引起的过压、过流现象,就不能在一定程度上及时切除电源,进而导致电抗器的损坏。
4 防范措施
4.1 选型方面
较空心电抗器普遍存在的局部温度过高以及运行中出现事故率较高的情况而言。铁心的电抗器体积较小,且存在的发热问题较易解决,且不容易发生磁的饱和问题。在选型的过程中,铁心式电抗器不失为一种最佳的选择。
4.2 监造方面
在选择电抗器的材料时,一定要杜绝选用不符合要求的绝缘材料。由于绕制精度的不够,还会在一定程度上导致各包封的阻抗不平衡,进而导致电抗器存在发生局部过热的现象。在监造时一定要注意监督电抗器的温升试验及匝间的绝缘试验。通过这两个试验,避免不必要事故的发生,当然,还应进行直流电阻试验,感应电压试验、外耐电压试验、雷电冲击耐压试验等。
4.3 安装方面
安装方面也是我们需要防范的重要一点。在安装干式空心电抗器时,一定要遵循南方电网的相关规定,避免电抗器由单相事故发展成为多相事故。对新建变电站的干式空心电抗器,禁止相间采用叠装结构,避免电抗器单相事故发展为相间事故。
4.4 运行维护
后期的运行维护也是至关重要的。对于干式空心电抗器的运行检测主要采用的是红外检测。并根据一定的负荷情况,相应增加巡视次数以及红外检测次数,避免干式空心串联电抗器烧毁事故的发生。同时要求维修人员对电抗器设备表面是否有鼓包、龟裂、变形、树枝状爬电,瓷瓶有无裂纹或明显放电,线圈是否有断股,电抗有无异响等进行定期的检修和记录;借助红外测温技术对电抗器发热情况及发热部位进行检测,尤其是电抗器内层包封上半部分,一旦其温度达到了70℃要立即采取措施给予解决,常用的方法是设备退出运行。研究还发现,电抗器设备表面鼓包、龟裂、变形一般是由谐波或操作过电压引起的。在日常的运行中我们有发现空心电抗器内部有黑色胶状物流出,此现象多为内部严重发热的情况,应暂时退出运行经检修试验合格后方可投入运行。
4.5 定期试验
在10 k V干式空心串联电抗器使用过程中,要定期对各个环节的相关设备的器件进行试验,确保设备的正常运行。例如对电抗器进行匝间绝缘耐压试验,不仅可以有效检测出电抗器的匝间绝缘缺陷,而且还能降低故障的发生率。试验结束之后还要按照相关规范和标准进行交接,交接过程中还要仔细查看线圈中是否有裂缝,观察上下星形架上是否有焊接引出线,是否有碰断现象。定期对电抗器的直流电阻进行试验,感应电压试验、外耐电压试验、雷电冲击耐压试验等。近期省公司还提出利用脉冲振荡电压检测电抗器匝间绝缘缺陷的方法,试验结果不合格的设备应退出运行。
4.6 反事故措施
以往10 k V电容器组过电压的保护采用加装避雷器的方式运行,该运行方式仅能将过电压限制在国标的4.07倍以下,但是当系统内一旦出现高频过电压,即使其过电压幅值被限制,对于高频波,设备原绝缘水平则相应降低;当高频过电压来临时,即使过电压幅值被限制在国标要求范围内,由于系统容抗因高频原因急剧下降,表现为低阻抗性质,若此时开关柜或电容器组内再有绝缘间距不足、污秽等因素,极易发生延面爬电击穿短路的现象,不能从根本上解决电抗器的过电压累计冲击的问题。所以可在原有的电容器组空心电抗器相间跨接适应的过电压保护,使过电压倍数限制在1.83倍的额定电压,能有效限制各种异常工况产生的过电压(包括高频过电压)。安装示意图(如图2所示)。
效果对比:电抗器过电压保护器4月份在某站#2电容电抗上进行改造安装,安装后抄录计数器读数为2次,通过运行2个月后抄录计数器读数为171次,累计动作169次,与这2个月来该电容开关的动作次数约为170次,动作次数相当。就是说基本上每次开关动作产生的过电压均被限制在额定值以下,对电抗器起到了良好的过电压保护。我局安装该过电压保护器后至今,未发生过电抗器烧毁事故。
5 结语
随着干式空心串联电抗器应用领域的逐渐增大,对于干式空心电抗器进行烧毁故障的分析与研究,可有效提高该类设备运行的可靠性。应首先了解干式空心电抗器的结构特点,其次明白引起干式空心电抗器发生事故的原因,进而从选型方面、监造方面、安装方面以及运行维护方面做出相应的技术调整,避免引起干式空心电抗器烧毁现象的发生,有效提高该类设备运行的可靠性。
参考文献
[1]周培忠,郭春志,徐晓雨,等.干式空心电抗器局部放电检测探究与事故预防[J].东北电力技术,2013,34(3):51
干式空心并联电抗器 篇5
随着10k V干式空心串联电抗器的广泛应用, 电能质量及谐波治理有了显著的改善, 但在经过长时运行后仍然出现了不少的问题, 有的被迫停运处理, 有的逐渐演变成事故甚至设备烧毁, 严重影响了安全生产运行。为从根本上解决10k V干式空心串联电抗器烧毁故障的问题, 现使用5Why法对其进行根本原因分析, 并提出可解决其根本原因的方案。
1 原因分析
1.1 为什么电抗器会烧毁
串联电抗器绝缘材料达到耐热极限或铝线圈达到耐热极限 (铝燃点:550℃, 铝熔点:660.37℃) 。
1.2 为什么绝缘材料和铝线圈达到耐热极限
起燃点处发生短路, 短路环流和损耗很大, 该点短路向外发展, 使得电抗器绕组电流进一步增大, 导致电抗器绝缘相对薄弱处再次发生短路, 最终形成贯穿性放电, 短时间内即可达到绝缘材料和铝线圈耐热极限, 直至将其加热至燃点冒烟起火。
1.3 为什么电抗器发生短路
串联电抗器绕组匝间绝缘损坏, 导致匝间耐受电压降低, 在匝间形成短路。
1.4 为什么绕组匝间绝缘损坏
过压, 过流, 过热, 潮湿, 污秽, 热胀冷缩, 机械负荷, 工艺不良, 设计不当。
1) 过压对绝缘的影响
电容器组及其串联电抗器允许在额定电压的1.l倍下长期运行, 正常的电压 (电场) 对绝缘材料有缓慢的老化作用, 但并非损坏绕组匝间绝缘的要因。
2) 过流对绝缘的影响
(1) 额定电流:I e=U e/ (X c-X l) 式中Ue:电容器组相电压, 按10.5/√3k V计算;Xc:容抗;Xl:感抗。
电容器组及其串联电抗器应能在工频电流为1.3倍额定电流的最大工作电流下连续运行。
(2) 合闸涌流:Ih=K*Ie,
电容器组的理论最大合闸涌流倍数:K=1+√ (Xc/Xl) ,
式中Ie:额定电流;Xc:容抗;Xl:感抗。
电容器组的合闸涌流必须限制在额定电流的20倍以内。
(3) 谐波电流
在选型正确的电抗器的滤波作用下, 电容器组支路呈感性, 既不会和电容器组发生串联谐振, 也不会和系统的感性负荷发生并联谐振而导致谐波放大, 因此谐波电流对设备的影响可忽略不计。
正常的电流 (磁场) 对绝缘材料有缓慢的老化作用, 但并非损坏绕组匝间绝缘的要因。
3) 过热对绝缘的影响
(1) 干式空心电抗器的散热方式为自然风冷, 有的电抗器采用三相垂直叠装, 运行时热空气集聚在电抗器顶部, 且环境温度较高;
(2) 紫外线辐射;
(3) 粉尘污染, 表面污物沉积影响散热;
(4) 气道被异物堵塞影响散热。
热效应积累的温度可能超过该电抗器绕组股间、匝间和包封的绝缘耐热等级最高允许温度或绕组温升极限, 当电抗器绕组绝缘的最热点温度超过最高允许温度时, 绝缘材料将迅速碳化而丧失绝缘性能和力学性能, 进而导致绝缘损坏。
4) 潮湿、污秽对绝缘的影响
(1) 氮氧化物污染
近年来污染源不断增多, 空气污染程度不断加剧, 而氮氧化物对PM2.5的贡献超过50%, 为主要的污染源。
由于线圈对地电容和匝间纵向电容的影响, 电压分布不均匀。在不均匀的电场及潮湿、污秽的作用下, 电抗器表面电位梯度较大的地方, 局部电场强度超过气体的电离场强, 使气体发生电离, 空气将局部游离形成电晕和迅速移动的分枝滑闪放电, 最终造成空心电抗器匝间击穿短路。
空气游离也将在绝缘表面产生亚硝酸和硝酸, 腐蚀绝缘, 最终导致绝缘损坏。
氮氧化物化学反应式:
(2) 粉尘污染
绝缘表面还会受到粉尘污染, 在环境湿度大的情况下, 表面污层会受潮, 导致表面泄漏电流增大, 产生热量。由于水分蒸发速度快慢不一, 表面局部出现干区, 引起局部表面电阻改变, 电流在该中断处形成局部电弧。随着时间延长, 电弧将发生合并, 行程沿面树枝状放电。而匝间短路是树枝状放电的进一步发展, 即短路线匝中电流剧增, 温度升高使线匝绝缘损坏。
5) 热胀冷缩对绝缘的影响
(1) 投入时电抗器频繁遭受合闸涌流的冲击 (尤其是进线端处电流最大) , 绕组温度会急剧升高, 加快绝缘介质的老化、劣化;
(2) 在退出运行时, 绕组温度又会迅速下降, 频繁的热胀冷缩容易造成电抗器外绝缘开裂;
(3) 天气剧烈变化的时候 (如下雨) 进行投切操作, 因为短时温差更大, 热胀冷缩现象更为剧烈;
(4) 外绝缘开裂后, 水分及粉尘进入绕组内部对导线绝缘层侵蚀, 更加加速绕组匝间绝缘损坏。
6) 机械负荷对绝缘的影响
(1) 电抗器运行产生的交变磁场而引起的机械负荷有压力、拉力、伸展、振动等, 承受的机械应力高于临界值时, 绝缘材料会产生断裂;
(2) 电抗器投退时, 合闸涌流会对绕组产生巨大的电动力, 频繁投退容易使绕组绝缘材料的机械性能损坏;
(3) 电抗器投退时, 电抗器和接线铝排会受到涌流产生的电动力冲击而发生振动, 频繁投退容易使接线端子螺栓翻松导致发热。
7) 工艺不良对绝缘的影响
(1) 接线端子与绕组之间是通过焊接连接, 焊接质量不良会直接使其附加电阻增大, 导致发热影响绝缘;
(2) 绕组绕制工艺不良会使内部电流密度分布不均匀, 从而使局部温度较高。
8) 设计不当对绝缘的影响
(1) 绝缘等级设计裕度不足
设计选择的绝缘材料耐热等级偏低, 裕度不足, 电抗器运行容易超过耐热温度而使绝缘损坏。
(2) 电抗与电容容量不匹配
根据额定电流公式:Ie=Ue/ (Xc-Xl) , 无论Xc减少 (或电容容量减少) 或Xl增大 (或电抗容量增大) , 都会使得实际流过设备的电流Ie增大。电流增大幅度超过裕度范围 (1.3倍) , 则会影响绕组匝间绝缘。
2 解决方案
1) 管理类反事故措施已有明确要求, 对新建变电站的干式空芯电抗器, 禁止采用叠装结构, 避免电抗器单相事故发展为相间事故, 建议在图审时留意新电抗的安装方式, 如有问题立即反馈;
2) 电抗器投入运行前应对各散热气道进行检查, 保证各散热气道畅通无阻, 若发现有异物 (如鸟窝等) 堵塞气道, 应及时加以清除;
3) 加强对电抗器的运行维护工作, 如定期查看其表面是否有变形、鼓包、龟裂、树枝状爬电, 线圈是否有断股, 瓷瓶有无裂纹或明显放电, 电抗有无异响等;积极开展红外测温工作以监测其发热情况及发热部位, 特别是电抗器的内层包封的上半部分, 如发现温升超过70℃应立即申请当值调度员减负载, 或将设备退出运行;
4) 线圈表面涂憎水性涂料可大幅度抑制表面放电, 顶戴防雨帽和外加防雨层, 可在一定程度上抑制表面泄露电流;
5) 在污秽程度较严重的地区, 应增加清理电抗器表面和绝缘子表面频次;
6) 优化电网运行方式, 避免对装有电抗器的间隔设备频繁投退, 特别是在天气剧烈变化的时候应尽量不改变无功补偿的运行方式;
7) 对电抗器包封表面轻微开裂的, 建议进行喷涂RTV涂料处理, 以延缓包封开裂后水份进入绕组内部对导线绝缘层侵蚀的速度;对运行时间较长且包封表面开裂严重的, 建议逐步进行更换;
8) 改善工艺条件, 提高工艺水平, 改善工艺环境, 减少人为因素的影响;