淺談并聯電抗器的運行問題

　　超高壓電力系統運行的并聯電抗器已經發生了許多故障，本文對此進行了分析研究，提出了改進措施，并對今后如何選擇電抗器提出了意見。

　　0引言

　　為了補償電功率，抑制過高的工頻過電壓，并聯電抗器是超高壓電力系統必不可少的電氣設備。早在日偽時期，東北電網為補償亙長約360km水豐至大連的220kV輸電線的充電功率，就在大連一次變安裝了兩組由日本東芝1941年生產的11kV3X3000kVar的并聯電抗器。解放后，由于大連地區電壓偏低而長期閑置末用。到1972年西北電網330kY輸電系統建成投運，先后安裝了3組由西變生產的330kV90000kVar并聯電抗器，其中1組為三相、2組為單相。隨著500kV輸電系統的建設，自1982年起，先后在華中、東北、華北和華東等大電網陸續又有大批并聯電抗器投運，電壓等級包括35、63、220和550kV，既有國內西安變壓器廠等的產品，也有法國、瑞典、加拿大、意大利和蘇聯等國進口的產品。既有油浸鐵芯式，也有干式空芯式。經過長期的運行，無論那種型式的電抗器都發生了不少問題，甚至設備燒毀，給運行帶來了麻煩。

　　目前，各大電網感性補償容量不足，電壓普遍偏高。500kV系統電壓最高達到565kV，220kV系統電壓高達262kV。給安全運行帶來了威脅。新的500kV電網在繼續擴大，需要補充和新裝大批電抗器。為此，對于如何解決運行中發現的設備質量問題?在新建和增補的設備中是選用高壓電抗器或是低壓電抗器?選用油浸鐵芯式或是干式空芯式?以及如何改進運行中發現的安裝設計等等問題，需要分別進行研究，以使并聯電抗器能夠得到安全合理的應用。

　　1油浸鐵芯式電抗器油浸鐵芯式電抗器的結構與變壓器相似，主要由線圈、鐵芯和油箱等部件組成。在運行中發生的問題可以分為絕緣問題、鐵芯漏磁、振動噪音和滲漏油等。

　　1.1絕緣問題并聯電抗器只有接入電網的一次線圈，運行條件較變壓器嚴峻，投運后即滿負荷或運行，并且經常處于高電壓狀態，因此運行溫度高，線圈絕緣和絕緣油都容易老化。在運行中可能發生的故障有線圈絕緣對地擊穿、匝絕緣短路，三相電抗器還可能發生相間絕緣擊穿故障。在實際運行中，已經發生與絕緣有關故障如下：

　　a.西北網秦安變西變產單相電抗器B相因乙炔含量超標，于1979午7月吊芯分解檢查，發現鐵芯柱外包紙絕緣筒從內至外連續3層被擊穿。在擊穿孔附近，有2個鐵芯餅塊的接地片松脫。分析認為，這是由于接地片似接非接地的狀態產生了懸浮電位放電將絕緣燒壞。

　　b.華中網葛洲壩電廠葛鳳線日本富士產電抗器A相發現乙炔含量超標，1989年1月吊芯檢查，發現中性點側離套管80~m處，穿纜引線的外包絕緣布帶磨損露銅，并有放電炭化痕跡。分析認為，可能是組裝或運輸振動時刮傷，運行后引線上的負荷電流經銅導管分流，導致絕緣燒傷。東北網董家變西變產#1電抗器于1989年4月發現上述相同位置，中性點側引線與銅導管間分流燒傷5處、套管均壓環掉下。

　　c.東北網遼陽變加拿大產電抗器B相乙炔含量超標，1990年5月排油檢查，發現中性點側引線緊靠鐵芯磁屏蔽板，接觸處引線外包絕緣紙有3層炭化，經包扎后已恢復正常運行。董家變西變產#2電抗器A相于1989年8月也發生中性點側引線過長，對壓板距離不足發生放電的故障。

　　d.華東網繁昌變意大利ABB公司產500kV電抗器3臺，1993年3月投運后連續發生事故，1993年8月匝間保護動作跳閘。由廠家提供新線圈更換后重新投運。1994年12月C相輕重瓦斯和匝間保護動作跳閘，壓力釋放器動作噴油，后由廠家制造1臺新電抗器更換。1996年7月B相又發生同樣的事故，已運回意大利更換產品。廣西網平果變ABB公司產電抗器1996年4月B相套管炸裂噴油，使天平二回線停運144d。從上述運行中發生的故障可以看出，除繁昌變3臺500kV電抗器外，無論國產或進口的油浸鐵芯式并聯電抗器的線圈都沒有發生故障，說明絕緣是可靠的。發生的一些問題主要是加工疏忽，質量監督不嚴，以及運輸粗心大意所致。而意大利ABB公司‘的3臺電抗器連續發生匝間短路事故則不是偶然的，不能是廠家所認為，是陡度很高的電壓作用而非制造缺陷。事故當時系統運行正常，沒有操作，沒有雷電侵襲，只能是設計或工藝上出了問題，可惜都運回廠家，沒有分解檢查的記錄。

　　1.2鐵芯漏磁問題電抗器的鐵芯結構較變壓器復雜，其芯柱由若干個鐵芯餅塊串聯組成，芯塊由矽鋼片按輻射式或漸開線式迭裝，經環氧樹脂固化，以減少氣隙側面漏磁引起的附加損耗和軸向振動。芯塊之間用絕緣硬質的氣隙墊塊隔開。墊塊的材料有瓷塊、石板和玻璃絲板3種，用環氧樹脂與芯塊粘結然后迭裝成芯柱，加裝鐵軛后組成鐵芯的整體。單相電抗器的鐵芯有兩柱式和三柱式，三相電抗器有三柱式和五柱式。因為氣隙的存在，電抗器的漏磁通密度要比變壓器大得多。在靠近鐵芯、鐵軛和線圈支架的漏磁通比變壓器要大幾倍。這些漏磁通穿過磁性金屬部件矽鋼片將會產生附加損耗和過熱點，特別是當漏磁通穿過與其垂直的鐵軛側面的夾鐵和矽鋼片時，附加損耗和過熱溫度將會很高，這是油浸鐵芯式電抗器在超高壓電力系統中運行的主要問題。具體事例如下。

　　a.西北網秦安變西變產330kV90000kVar#1電抗器于1972年6月投運后，1年內輕重瓦斯保護多次動作。經檢查發現上下鐵軛局部過熱嚴重，有黑色痕跡;底部屏蔽鋁板邊緣局部燒熔，估計溫度約800℃。A相上夾件與鐵壓板螺栓被燒斷1只，經過實驗，過熱處溫度達140℃左右。經過檢修改進了冷卻管路結構，溫度雖有改善，但鐵軛過熱問題并末解決，終于1987年4月在345～365kV的高電壓運行下，本體起火燃燒，將油枕燒塌，兩相線圈和鐵芯絕緣燒壞，一相線圈炭化，2支套管爆炸粉碎，短尾部發燒損，圍屏中部炭化，無法修復因而報廢。

　　b.華中網雙河變瑞典產電抗器C相，高壓端由旁出套管引出，運行中發現升高座法蘭有8個螺栓發熱，最高溫度達240℃。四周油漆變色。分析認為，是漏磁產生環流通過螺栓時因接觸不良產生局部發熱。姚孟廠姚雙線端典產電抗器在上述位置也發現螺栓過熱，溫度達200～300℃，后來在螺栓處加厚2mm的絕緣墊后恢復正常。據說瑞典的新產品已將套管移至油箱頂部。東北網董家變西變產#1電抗器投運初期，發現大蓋螺栓發熱，溫度超過100℃，后來將螺栓更換為無磁性鋼螺栓后恢復正常。

　　c.東北網王石變西變產三相三柱式，63kV電抗器運行中發現油箱表面靠近線圈處均有過熱現象，最高溫度在110℃以上。分析認為，是漏磁在油箱箱面產生的渦流造成的發熱。從上述故障可以看出，漏磁問題集中在鐵芯的鐵軛和芯柱兩個部位。為了防上漏磁通的影響，建議采取下列措施，改進鐵芯結構設計和加強漏磁通的屏蔽措施。