目前在500 kV变电站中都安装有35 kV并联电抗器,用于调节电网无功,稳定运行电压。干式电抗器因其损耗小、强度大、维护方便等优点在电力系统中应用广泛。其线圈由浸渍环氧树脂绝缘严密包封,引拔棒采用聚醋玻璃纤维。但电抗器长时间运行中,却存在一些危险性。笔者查阅部分案例,发现故障起因多为局部发热、线圈短路及受潮等,有的因发现不及时演变成生产事故,因此,电抗器安全运行不能忽视。
笔者现就某变电站新投运的35 kV干式电抗器星形架圆环发热至149.1℃案例,对发热原因展开分析,并提出几点看法。
1 星形架国环发热现状
某500 kV变电站共6台干式电抗器,1、2、4、5号电抗器较早投运,为A设备厂产品,3、6号电抗器于2014年12月新投人运行,B设备厂生产,新旧电抗器铭牌参数及运行情况如表1。所有电抗器均为CKGKL型,采用高强度铝质星形接线架对线圈分匝和接线,整体用浸溃环氧树脂严密包封,其中星形接线架安装于绕组上下两端,中心圆环为闭合金属环,圆环和铝排采用金属良导体,作用在于把各导电排连接在一起,起汇流及固定支撑作用,属于结构件的部分。
经过长时间对电抗器进行测温跟踪记录,发现A设备厂与B设备厂电抗器局部温度存在35℃差异,且同一电抗器上端星形架圆环比下端温度高出近30℃。
在跟踪过程中,发现6号电抗器圆环出现轻度锈蚀及脱落现象。怀疑为长期发热导致绝缘轻微损坏。
在相同环境条件下,B设备厂电抗器圆环比A设备厂电抗器圆环温度高出35℃。查设备说明书电抗器耐热温升极限参数,最高温度不能超过155℃。而在环境温度23℃,电流为额定电流时,6号电抗器星形架圆环温度最高达149.1℃,已接近极限,对其安全稳定运行存在较大的威胁。
2 发热分析
星形架圆环部件垂直于线圈中心,当电抗器运行时,该部位磁力线最为密集,闭合的圆环部件处在变化磁场中,产生涡流使其发热。
根据电磁定律,假设所产生磁场在电抗器内部分布均匀,利用相关已知参数可计算得到圆环发热功率约为420.7 W。而实际上电抗器中心部位磁场最密集,因此,实际功率应比计算结果高。圆环裸露在线圈外面,虽然通风散热条件良好,但上端加装了防雨盖,通风条件变差,热量难以散去,造成上端圆环温度接近极限。
查阅GB/T 1094.6-2011《电力变压器第6部分:电抗器》,温升限值参考GB 1094.11-2007《电力变压器第11部分:干式变压器》,具体说明为“铁芯、金属构件及其邻近处材料的温度,不应对变压器任何部分造成损害”;查阅标准DL 462-1992《高压并联电容器用串联电抗器订货技术条件》第2.2.7条对温升的规定,具体说明为“对于铁芯、金属部件和与其相邻的材料的温升限值,应取在任何情况下,不会出现使它们受到损害的温度”。
鉴于以上分析,该站做好详细运维计划,重点跟踪发热趋势,联系厂家到现场检测维护。
3 建议与对策
通过以上对星形架圆环发热分析,电抗器局部发热现象不容忽视,现从生产工艺、设计、施工方面及日常维护方面提出几点改进措施。
(1)厂家在满足机械强度条件下应改进星形架圆环结构,并提高制造工艺,减小表面积,使通过的磁通量尽可能小。
(2)在施工过程中,应满足规范要求并按图纸安装,厂家现场进行指导、监护,避免由于安装工艺问题导致电抗器运行时局部发热。
(3)制定详细运维计划,加强对运行电抗器的巡视,特别是红外测温,发现杂音或局部温升异常,应该密切跟踪记录,严重时要及时上报相关部门。
(4)定期对电抗器进行全方位检查,包括检修试验,查看是否存在绝缘开裂、受潮、放电痕迹及线圈变形等现象。