浅谈并联电抗器的运行问题

　　超高压电力系统运行的并联电抗器已经发生了许多故障，本文对此进行了分析研究，提出了改进措施，并对今后如何选择电抗器提出了意见。

　　0引言

　　为了补偿电功率，抑制过高的工频过电压，并联电抗器是超高压电力系统必不可少的电气设备。早在日伪时期，东北电网为补偿亘长约360km水丰至大连的220kV输电线的充电功率，就在大连一次变安装了两组由日本东芝1941年生产的11kV3X3000kVar的并联电抗器。解放后，由于大连地区电压偏低而长期闲置末用。到1972年西北电网330kY输电系统建成投运，先后安装了3组由西变生产的330kV90000kVar并联电抗器，其中1组为三相、2组为单相。随着500kV输电系统的建设，自1982年起，先后在华中、东北、华北和华东等大电网陆续又有大批并联电抗器投运，电压等级包括35、63、220和550kV，既有国内西安变压器厂等的产品，也有法国、瑞典、加拿大、意大利和苏联等国进口的产品。既有油浸铁芯式，也有干式空芯式。经过长期的运行，无论那种型式的电抗器都发生了不少问题，甚至设备烧毁，给运行带来了麻烦。

　　目前，各大电网感性补偿容量不足，电压普遍偏高。500kV系统电压最高达到565kV，220kV系统电压高达262kV。给安全运行带来了威胁。新的500kV电网在继续扩大，需要补充和新装大批电抗器。为此，对于如何解决运行中发现的设备质量问题?在新建和增补的设备中是选用高压电抗器或是低压电抗器?选用油浸铁芯式或是干式空芯式?以及如何改进运行中发现的安装设计等等问题，需要分别进行研究，以使并联电抗器能够得到安全合理的应用。

　　1油浸铁芯式电抗器油浸铁芯式电抗器的结构与变压器相似，主要由线圈、铁芯和油箱等部件组成。在运行中发生的问题可以分为绝缘问题、铁芯漏磁、振动噪音和渗漏油等。

　　1.1绝缘问题并联电抗器只有接入电网的一次线圈，运行条件较变压器严峻，投运后即满负荷或运行，并且经常处于高电压状态，因此运行温度高，线圈绝缘和绝缘油都容易老化。在运行中可能发生的故障有线圈绝缘对地击穿、匝绝缘短路，三相电抗器还可能发生相间绝缘击穿故障。在实际运行中，已经发生与绝缘有关故障如下：

　　a.西北网秦安变西变产单相电抗器B相因乙炔含量超标，于1979午7月吊芯分解检查，发现铁芯柱外包纸绝缘筒从内至外连续3层被击穿。在击穿孔附近，有2个铁芯饼块的接地片松脱。分析认为，这是由于接地片似接非接地的状态产生了悬浮电位放电将绝缘烧坏。

　　b.华中网葛洲坝电厂葛凤线日本富士产电抗器A相发现乙炔含量超标，1989年1月吊芯检查，发现中性点侧离套管80~m处，穿缆引线的外包绝缘布带磨损露铜，并有放电炭化痕迹。分析认为，可能是组装或运输振动时刮伤，运行后引线上的负荷电流经铜导管分流，导致绝缘烧伤。东北网董家变西变产#1电抗器于1989年4月发现上述相同位置，中性点侧引线与铜导管间分流烧伤5处、套管均压环掉下。

　　c.东北网辽阳变加拿大产电抗器B相乙炔含量超标，1990年5月排油检查，发现中性点侧引线紧靠铁芯磁屏蔽板，接触处引线外包绝缘纸有3层炭化，经包扎后已恢复正常运行。董家变西变产#2电抗器A相于1989年8月也发生中性点侧引线过长，对压板距离不足发生放电的故障。

　　d.华东网繁昌变意大利ABB公司产500kV电抗器3台，1993年3月投运后连续发生事故，1993年8月匝间保护动作跳闸。由厂家提供新线圈更换后重新投运。1994年12月C相轻重瓦斯和匝间保护动作跳闸，压力释放器动作喷油，后由厂家制造1台新电抗器更换。1996年7月B相又发生同样的事故，已运回意大利更换产品。广西网平果变ABB公司产电抗器1996年4月B相套管炸裂喷油，使天平二回线停运144d。从上述运行中发生的故障可以看出，除繁昌变3台500kV电抗器外，无论国产或进口的油浸铁芯式并联电抗器的线圈都没有发生故障，说明绝缘是可靠的。发生的一些问题主要是加工疏忽，质量监督不严，以及运输粗心大意所致。而意大利ABB公司‘的3台电抗器连续发生匝间短路事故则不是偶然的，不能是厂家所认为，是陡度很高的电压作用而非制造缺陷。事故当时系统运行正常，没有操作，没有雷电侵袭，只能是设计或工艺上出了问题，可惜都运回厂家，没有分解检查的记录。

　　1.2铁芯漏磁问题电抗器的铁芯结构较变压器复杂，其芯柱由若干个铁芯饼块串联组成，芯块由矽钢片按辐射式或渐开线式迭装，经环氧树脂固化，以减少气隙侧面漏磁引起的附加损耗和轴向振动。芯块之间用绝缘硬质的气隙垫块隔开。垫块的材料有瓷块、石板和玻璃丝板3种，用环氧树脂与芯块粘结然后迭装成芯柱，加装铁轭后组成铁芯的整体。单相电抗器的铁芯有两柱式和三柱式，三相电抗器有三柱式和五柱式。因为气隙的存在，电抗器的漏磁通密度要比变压器大得多。在靠近铁芯、铁轭和线圈支架的漏磁通比变压器要大几倍。这些漏磁通穿过磁性金属部件矽钢片将会产生附加损耗和过热点，特别是当漏磁通穿过与其垂直的铁轭侧面的夹铁和矽钢片时，附加损耗和过热温度将会很高，这是油浸铁芯式电抗器在超高压电力系统中运行的主要问题。具体事例如下。

　　a.西北网秦安变西变产330kV90000kVar#1电抗器于1972年6月投运后，1年内轻重瓦斯保护多次动作。经检查发现上下铁轭局部过热严重，有黑色痕迹;底部屏蔽铝板边缘局部烧熔，估计温度约800℃。A相上夹件与铁压板螺栓被烧断1只，经过实验，过热处温度达140℃左右。经过检修改进了冷却管路结构，温度虽有改善，但铁轭过热问题并末解决，终于1987年4月在345～365kV的高电压运行下，本体起火燃烧，将油枕烧塌，两相线圈和铁芯绝缘烧坏，一相线圈炭化，2支套管爆炸粉碎，短尾部发烧损，围屏中部炭化，无法修复因而报废。

　　b.华中网双河变瑞典产电抗器C相，高压端由旁出套管引出，运行中发现升高座法兰有8个螺栓发热，最高温度达240℃。四周油漆变色。分析认为，是漏磁产生环流通过螺栓时因接触不良产生局部发热。姚孟厂姚双线端典产电抗器在上述位置也发现螺栓过热，温度达200～300℃，后来在螺栓处加厚2mm的绝缘垫后恢复正常。据说瑞典的新产品已将套管移至油箱顶部。东北网董家变西变产#1电抗器投运初期，发现大盖螺栓发热，温度超过100℃，后来将螺栓更换为无磁性钢螺栓后恢复正常。

　　c.东北网王石变西变产三相三柱式，63kV电抗器运行中发现油箱表面靠近线圈处均有过热现象，最高温度在110℃以上。分析认为，是漏磁在油箱箱面产生的涡流造成的发热。从上述故障可以看出，漏磁问题集中在铁芯的铁轭和芯柱两个部位。为了防上漏磁通的影响，建议采取下列措施，改进铁芯结构设计和加强漏磁通的屏蔽措施。