高压并联电抗器铁芯夹件多点接地分析及处理

赵婧，肖松，罗家维

（1．江西工业工程职业技术学院，江西萍乡，337000；2．国网江西省电力有限公司检修分公司，江西南昌，330000）

0 引言

随着电网建设的不断加快,超高压、特高压远距离输电线路越来越多,远距离线路具有电压等级高、线路充电功率大等特点，为了限制线路工频过电压和满足无功平衡的要求,线路普遍配置了大容量的高压并联电抗器(以下简称:高抗)。与变压器结构类似，高抗正常运行过程中，铁芯和夹件恰好处于箱体与绕组、引线之间形成的不均匀电场中。高抗绕组、箱体、铁芯、夹件间均存在寄生电容,由于寄生电容的耦合作用，铁芯、夹件对地存在悬浮电位,当两点间的电位差达到能够使其绝缘击穿时，将产生火花放电,破坏高抗的绝缘[1-2]。正常情况下，高抗铁芯及夹件必须保证有且仅有一点接地,如果铁芯、夹件存在两个或以上接地点时,接地点之间会形成闭合回路,高抗的漏磁通交链此闭合回路,接地线上就会产生环流,当环流过大时,会引起高抗内部局部过热,严重的甚至破坏其绝缘，影响高抗正常运行。相比于变压器多点接地故障，目前对高抗多点接地故障的研究较少，鉴于高抗在远距离输电网络的重要性，因此,正确判断和处理高抗铁芯夹件多点接地故障,对电网乃至整个电力系统的安全稳定具有重要意义。

1 铁芯夹件多点接地原因分析

从生产制造、运输安装和运行这三个阶段分析，高抗发生铁芯夹件多点接地故障的原因主要有以下几种：（1）制造工艺不严谨，内部焊渣未彻底清理或内部遗留金属小颗粒，使铁芯或夹件与油箱短接。（2）运输安装方案不当，高抗器身发生倾斜或碰撞，使高抗本体局部发生位移，内部铁芯/夹件碰触油箱外壳或铁芯碰夹件，导致绝缘距离不足[3]。（3）运行过程中高抗内部绝缘受潮或老化损坏，或者铁芯与夹件间的绝缘板磨损脱落,造成夹件与铁芯直接接触。

2 铁芯夹件多点接地故障的判断

参考判断变压器铁芯夹件多点接地故障的方法，判断高抗铁芯夹件多点故障通常有以下几种：（1）测量接地电流。目前电网运维人员通常使用钳形电流表来测量运行中的高抗铁芯、夹件接地线中电流，通过测量接地电流的大小来判断高抗内部铁芯和夹件是否存在多点接地的情况。根据高抗运行规程中的规定,正常情况下，此电流非常小（一般小于100mA）[4-5]。（2）取高抗油样进行气相色谱分析，通过绝缘油中所含气体种类及相对含量来判断。在油色谱分析中，最常见的是利用五种特征气体的三比值法,如油样所含气体中甲烷和烯烃含量较高，同时一氧化碳和二氧化碳气体含量在正常范围，或与历史数据相比无较大变化，则说明铁芯、夹件过热，而铁芯、夹件过热最可能的原因是由于内部存在多点接地[6-7]。（3）在有条件停电的情况下，对高抗铁芯、夹件进行绝缘电阻测量。通过铁芯对地绝缘、夹件对地绝缘以及铁芯对夹件间的绝缘电阻大小可以直观的判断铁芯、夹件是否存在多点接地的情况。根据经验，针对大型500kV变压器（高抗），在正常情况下，其铁芯对地、夹件对地、铁芯对夹件的绝缘电阻都比较大，一般都在100MΩ以上[8-11]。

3 高抗铁芯夹件多点接地故障处理方法

结合变压器铁芯夹件多点接地处理的经验，现场主要分不停电处理和停电处理两种方法。

3.1 不停电方法

由于种种原因，高抗短时间无法退出运行，为了尽可能的减少铁芯夹件多点接地故障的影响，可选择临时应急措施防止故障进一步恶化，现场不停电处理方法最有效的是在铁芯、夹件工作接地回路中串入一个限流电阻，确保铁芯、夹件接地电流小于100mA。

选择限流电阻的基本原则是将正常工作接地线打开时测得的电压U除以接地线上的电流I，即R=U/I[12]。注意所串电阻大小需适当，以保护铁芯基本处于地电位且能达到限流的目的；同时还需关注所串限流电阻发热功率，以防电阻过热烧坏后造成铁芯、夹件接地回路开路。

3.2 停电处理方法

如果条件允许，可对高抗进行停电检修，彻底消除高抗内部多点接地故障。目前工程实践中采用最多的有两种方法：（1）采用电容放电或大电流冲击处理；（2）进人内检和吊罩处理。

电容放电冲击法对高抗内部悬浮物形成的导电小桥导致的多点接地有一定的效果，但容易造成原本就存在绝缘缺陷的高抗内部绝缘进一步恶化，一般不轻易使用。

现场停电处理铁芯夹件多点接地故障主要采用进人内检和吊罩的方法。首先对高抗本体进行排油，然后检修人员进入高抗内部检查，按设计方案要求对器身进行检查，确认造成铁心夹件绝缘不良的具体问题点，并实施有效处理。若经上述检查，没有找到明显造成铁心夹件绝缘不良问题点，或检查发现了明显的问题，但不能实施有效处理时，最终需要对高抗进行吊罩处理，即对高抗进行解体，吊开钟罩，对高抗内部可能发生多点接地的部位进行重点检查和处理。虽然排油和吊罩处理的工程时间长，难度系数高，而且受天气限制，但能彻底解决内部多点接地故障，因此，在故障较为严重的情况下常被采用。

4 实例分析与处理

4.1 基本情况

某500kV变电站500kV线路高抗型号为BKD-50000/500，于2013年12月28日投运。2019年12月11日，电网运维人员在开展高抗铁芯、夹件接地电流例行测试时，发现该线路高抗A相铁芯接地电流为357mA，高于注意值100mA，且与上次（2019年9月26日）测量结果对比发现存在明显增长，B、C相数据正常，两次数据对比如表1所示。

表1 高抗铁芯、夹件接地电流测量

发现问题后，检修人员先后于2019年12月13日、2019年12月25日和2020年01月10日三次对该500kV线路高抗进行了铁芯夹件接地电流测试和油色谱分析，结果均显示A相铁芯、夹件接地电流异常（均为360mA左右），B、C相正常，三相油样色谱分析数据合格，无异常。

4.2 缺陷分析

4.2.1 接地电流测量

通过对该500kV线路高抗A相的铁芯、夹件接地电流连续测量发现，近三个月来一直保持在360mA附近，如图1所示，未发生明显变化，可初步判断铁芯、夹件可能存在多点接地故障。

图1 高抗A相铁芯、夹件接地电流测量

4.2.2 油色谱分析

利用气相色谱分析法，对油中含气量进行分析，也可及时发现高抗铁芯接地故障。该高抗A相油色谱分析油色谱分析结果如表2所示。

表2 高抗A相油色谱分析数据 单位：μL/L

由表2的结果分析可以发现，无C2H2表明高抗内部无明显放电，H2及总烃均未超标，数据合格[13-15]；同时绝缘油多次测试数据变化不大且均在合格范围内，表明高抗内部并无明显故障。

4.2.3 绝缘电阻测量

根据计划，3月16日该500kV线路高抗由运行转检修，检修人员对该高抗进行绝缘电阻测量，测量结果如表3所示：

表3 高抗A相铁芯夹件绝缘电阻测量

铁芯与夹件对地绝缘均合格，说明铁芯对地和夹件对地之间均无多点接地；而铁芯对夹件之间绝缘电阻仅为20KΩ，远低于标准要求的100MΩ，铁芯与夹件之间绝缘水平明显不足。

结合铁芯夹件接地电流测量、油色谱分析以及铁芯夹件绝缘电阻测量可知，该高抗A相铁芯接地电流与夹件接地电流均超过正常运行范围，加上铁芯与夹件之间绝缘不足，高抗A相内部铁芯与夹件之间存在直接接触导致铁芯夹件多点接地，高抗内部铁芯、夹件之间形成环流，才是造成铁芯、夹件接地电流增大的根本原因，其故障示意图如图2所示；同时油色谱分析的结果表明此高抗A相多点接地故障没有导致绝缘油的劣化，故障并不严重，暂不影响运行。

图2 铁芯夹件故障示意图

4.3 缺陷处理

检修人员原打算结合现有的停电计划对该500kV高抗进行排油内检，如若内检未查出故障点，则进一步进行吊罩处理。但后因特殊情况考虑到：一是三月的局部地区正逢雨季，吊罩所需的天气、工期等条件，现有的停电计划均无法满足；二是恰逢新冠肺炎疫情期间，大型作业现场存在交叉感染的隐患；三是由于故障暂时并不严重，且暂无恶化趋势。通过与厂家专业技术人员进行深入沟通，如若想要彻底解决此问题，需要返厂大修，但现场实际条件不允许。

经检修单位内部多次分析与讨论，在不影响正常运行的前提下尽可能减少接地电流偏大造成的影响，最终决定采用加装限流电阻的方法，即分别在铁芯、夹件外接接地线与接地点之间各串接一组限流电阻降低接地电流。这种方法可有效将铁芯、夹件接地电流控制在允许范围内，防止由于铁芯接地电流过大引起的高抗内部发热和绝缘受损现象。

根据国网公司多年运行经验，检修人员决定采用变压器（高抗）铁芯、夹件接地补偿装置，即在铁芯、夹件与接地点之间串入一组限流电阻，型号为：LHTX1306B，此补偿装置内限流电阻分三档，可以通过调节电阻阻值，控制铁芯、夹件接地电流的大小。根据高抗铁芯、夹件接地电流大小和此补偿装置说明书对照，确定将限流电阻设置为一档运行，确保将该高抗A相铁芯接地电流控制在合格范围之内，安装前后对比如图3、4所示。

图3 加装限流电阻前

图4 加装限流电阻后

2020年3月25日，该高抗顺利送电，恢复运行状态，检修人员随即对高抗铁芯夹件接地电流进行测试，结果如下：

表4 高抗铁芯、夹件接地电流测量

测试结果显示，加装限流电阻后，A相铁芯接地电流下降到44.9mA，夹件接地电流下降到66.5mA，均满足标准要求的低于100mA。

为确保万无一失，检修人员对该高抗进行了持续重点关注，运维人员增加对该线路高抗A相的铁芯、夹件接地电流的测量频率，检修人员缩短油样试验周期，对该高抗的运行工况进行跟踪检测，测试结果均满足相关标准要求，该500kV线路高抗可正常运行。

5 结论

高抗铁芯夹件多点接地导致其接地电流异常是目前高抗最常见的故障形式之一，通过现场具体案例的深入分析，本文提出在现场不具备条件彻底消除故障的情况下，可以通过在铁芯、夹件接地回路串入限流电阻进行处理。同时在高抗的日常运维过程中还需加强对高抗绝缘油的色谱分析，结合带电检测，以及加强铁芯夹件接地电流的在线监测工作，多方面保障高抗安全稳定运行。