35kV并联电抗器故障分析.doc

35kV并联电抗器故障分析 低压并联电抗器在运行中时有发生故障，提高其安全运行的可靠性既需要厂家提高产品质量，又需要设备投运后加强运行维护工作。通过对此次事故的原因进行分析并提出改进措施，为预防和杜绝类似事故的发生提供参考意见。无功补偿装置合理配置是优化电压、降低电网损坏的重要手段。为了提高功率因数，减少电能损耗，增强供电能力，国内在500 kV系统中的变压器低压测安装了大量的低压电抗器和电容器组，用以调整系统电压。干式空心并联电抗器因干式无油、安装简单、维护量小和运行成本低等优点被广泛使用，但其在运行中也存在不少问题，如绕组绝缘击穿导致匝间短路，引起保护跳闸甚至烧毁电抗器。2009年7月22日，500 kV茂名变电站35 kV侧315并联电抗器U相在运行中冒烟着火，随即过流工段、段保护动作将315并联电抗器切除。1 故障情况2009年7月22日2时55分，茂名变电站315并联电抗器后备保护过流I段、段动作，跳开并联电抗器315断路器；保护动作时间607 ms；故障电流有效值1 629 A。现场检查315并联电抗器U相着火，将设备转检修后进行灭火。针对此故障，对烧毁的电抗器进行检查。由于燃烧时间过长，电抗器U相线圈烧损严重， 内部各层线圈均着火，上部星形架由于燃烧温度过高而熔断，上部防雨罩因灭火需要被拆除。检查电抗器表面无龟裂现象，电抗器通风通道内有较多热熔物。315并联电抗器U相烧毁情况如图1所示。-2 保护动作情况及故障分析315并联电抗器保护装置为NSR535保护，接线方式为典型的不完全星形接线，U、w 两相电流引入保护装置，V相不装设电流互感器(currenttransformer，CT)。电抗器与系统的接线方式如图2所示。-电抗器的相关参数为：额定电抗242 Q，额定电压35,5 kV，额定电流7873 A，额定容量15 Mvar。故障前，35 kV系统的相电压为2018kV，315并联电抗器的电流为827 A。监控的历史数据显示故障前电抗器的电流和电压均无异常。事故发生后对31 5并联电抗器进行试验，将试验结果与出厂值进行比较，u相烧毁严重，其直流电阻无法测量；折算为相同温度下的V、W 两相直流电阻相差不大(103)，均为正常；U相绝缘电阻不合格，说明有接地现象，主要是热熔物较多导致接地。大致判断故障的发展过程如图3所示，其中点与n点为故障点。-315并联电抗器u相本体靠近内侧某层线圈顶部的 点发生匝间短路，引发爆炸，破坏附近线圈匝间绝缘。在电弧燃烧和爆炸的作用下，玻璃纤维和环氧树脂融化物碳化并沿包封内外壁向下流动，两者的热熔混合物破坏内部绕组的绝缘层，使绕组之间的绝缘水平迅速降低。当热熔物落到电抗器下方的支柱绝缘子上，灰烬和掉下的热熔物积聚在支柱绝缘子表面，导致支柱绝缘子的绝缘水平下降，使支柱绝缘子沿污秽面对地闪络，即m 点与点之间由于包封内壁碳化及内部线圈绕组受高温破坏的双重影响发生短路。m 点再通过支柱绝缘子上的严重污秽对地闪络，最终导致U相近乎直接接地。315并联电抗器所在35 kV 1号母线为中性点不接地系统，U相发生直接接地时，母线L1相电压突降至0，L2、L3相电压测量值变为线电压值。315开关跳开后，母线电压恢复正常，电抗器保护显示过流工段和过流段动作，二次电流值为1629 A，CT变比为1 ooo1，对应的一次电流值为1 629 A； 电抗器过流I段定值为1 570 A，动作时间03 S，过流段定值为1 180A，动作时间06 S。故障电流值大于过流I段和过流段的整定值，保护动作跳开315断路器，保护动作正确。3 解体检查分析因电抗器上吊架已熔化，无法进行相应的测试，因此直接对产品进行解剖检查及分析。电抗器的解剖方式是将电抗器包封层依次沿轴向锯开成2半，并做好标记。观察各包封层内外表面的变化，目测有无缺陷，然后剥掉电抗器各包封内表面的包封层，对电抗器各包封层内表面进行剥离后，经仔细观察，发现第1个包封内壁上有长40 mm、高60 mm的贯穿洞，导线绝缘膜有放电痕迹。解剖图如图4所示。-从烧毁的现象来看，故障点应该是此贯穿洞，电抗器首先在此处因绝缘损坏而发生匝间短路，使其匝间绕组电流增大而发热，并烧毁绕组外部的玻璃纤维和环氧树脂绝缘介质。这些热熔物高温碳化后向相邻的包封扩散，同时向下飘落，当到达电抗器底部区域，就会烧坏底部绕组绝缘，造成贯穿性放电，并经受污秽的支柱绝缘子对地闪络，导致35 kV 1号母线L1相接地。4 改进措施a)加强并联电抗器的技术选型，在新签订的电抗器技术协议中加入更高要求的条款，即在技术上要求电抗器的运行电压有适当裕度，对厂家提出于式空心并联电抗器的电流密度要求，提高匝间绝缘强度。b)定期对电抗器进行红外测温，必要时进行阻抗测量。因电抗器由15个包封并联，红外测温只能测量到表层温度，内部过热情况难以被监测到。通过直流电阻试验可有效发现电抗器的断股故障，通过电抗值试验可发现电抗器匝间短路故障。为了避免事故再次发生，应将对电抗器进行直流电阻和电抗值测试项目补充列入定期预试试验内容当中，将年度检修期问获得的直流电阻测试结果折算到统一的参考温度下，与同一仪表上一年度的测量结果进行比较，及时发现线圈内部可能出现的绕组缺陷。c)加强电抗器运行期间的温度监测。运行人员应定期用红外成像仪检查电抗器绕组引出线、电抗器绕组局部是否存在过热现象，并在电抗器投运23 h后，安排对电抗器进行红外热成像监测。d)加强并联电抗器组的运行维护工作，将查看电抗器表面是否有龟裂，通风通道是否有堵塞列入每日的巡视内容；加强对电抗器通风通道的清扫和维护，每年安排1次清扫通风通道内集聚的灰尘及污垢，并检查端部引线是否有开裂和断股；加强对电抗器的运行监视工作，在电抗器投入运行后，密切监视系统电压，确保不超过设备允许的最高