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10kV干式空心串联电抗器烧毁故障原因分析及解决方案

2017-06-10 22:10阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/5683426292

0引言
随养lOkV十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。为从根木上解决lOkV十式
空心串联电抗器烧毁故障的问题，现使用5Whv法对其进行根木原因分析，并提出可解决其根木原因的方案。
1原因分析
1.1为千}一么电抗器
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:5500C，铝熔点:660. 3^0C)。
1.2为千}一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为千}一么电抗器发生短路
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。
1.1为千}一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. 1倍下长期运行，止常的电压(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
Cl}额定电流Ie=Ue/ C Ko -K1}式中Ue:电容器组相电压，按10. .5/ J 3kV计算;Xc:容抗;X1: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:工h=K*Ie,电容器组的理论最大合闸涌流倍数:K=1+ J CXc/X1 ),式中工e:额定电流:Xc:容抗:X1: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
在选型止确的电抗器的滤波作用下，电容器组支路旱感性，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。
止常的电流(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)十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，表而污物沉积影响散热;
(的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。
1)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，电抗器表而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而产生亚硝酸和硝酸，腐蚀绝缘，最终导致绝缘损坏。
氮氧化物化学反应式:
Nz十Oz二放电二2N0
2N0十O.z 2N02
3NOz十Hz0=2HN0(硝酸)十NO
NOz十NO十Hz0=2HNOz(亚硝酸)进线电抗器
(2)粉尘污染
绝缘表而还会受到粉尘污染，在环境湿度大的情I'll,'下，表而污层会受潮，导致表而泄漏电流增大，产生热量。由于水分蒸发速度快慢不一，表而局部出现十区，引起局部表而电阻改变，电流在该中断处形成局部电弧。随养时间延长，电弧将发生合并，行程沿而树枝状放电。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。进线电抗器
5)热胀冷缩对绝缘的影响
(1)投入时串联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;平波电抗器
(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;
(的外绝缘开裂后，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。进线电抗器
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。劝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)串联电抗器与电容容量不匹配平波电抗器
根据额定电流公式:工e=Ue/(Xc -X1)，无论Xc减少(或电容容量减少)或X1增大(或电抗容量增大)，都会使得实
际流过设备的电流工e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。

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