干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验研究

1、干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验研究（云南电网有限责任公司昆明供电局云南昆明650000）摘要:在工频电压等级高、电网容量大的输电系统中安装电抗器可减少谐波电流、 增加功率因数及减小短路电流，因此电抗器可实现无功补偿、稳压及限流，还能 降低线损及提高传输功率。在电抗器的运行时间不断增长时，可能会出现表面放 电等故障，故障较为严重时还会直接烧毁电抗器，威胁到整个输电系统的稳定运 行与安全运行，应通过加强日常维修工作及时排除故障。绝缘检测是电抗器日常 维护的重要内容，可在绝缘检测中及时发现匝间绝缘破坏问题。木文分析了干式 空心电抗器的匝间绝缘检测原理与试验方法，以供参考。关键词：绝缘；匝间；电

2、抗器；干式；试验电抗器是保障电力系统正常供电及电力客户安全用电的重要设施, 干式空心电抗器是常见的电抗器类型，由汇流排、绝缘线圈构成，属于层式结构 形式，每一层均有若干个匝线圈，不同层之间的气道可确保各层形成包封。 此类电抗器的绝缘性能，尤其是匝间绝缘容易受到强磁场、大电流、高电压等极 端环境的影响，绝缘性能也会因此逐渐变差，在绝缘性能不良、绝缘强度减弱或 绝缘电阻遭到破坏时，可造成电抗器出现放电及短路等故障，严重时可造成电力 传输中断。对此，应加强日常巡视及匝间绝缘检测、试验工作，及时处理绝缘缺 陷。1.检测原理根据ieeec57.21标准及ieeec57.16标准，在检测电抗器的匝间绝缘性

3、 能时应对电容器进行重复充电，同时向线圈放电，放电通道为球隙，放电要求如 下：以半波整流3000次/min及全波整流6000次/min确定充电频率、放电频率； 阻尼振动周期约为100khz；如电抗器的额定电压为35kv,则户外放电检测初始 电压的峰值为179kv,户内为134kv；如额定电压为10kv,贝9户外放电检测初始 电压的峰值为79kv,户内为60kv；如额定电压为6kv,则户外放电检测初始电 压的峰值为60kv,户内为45kvo如存在绝缘缺陷，则在充放电时高频电压可造 成匝间绝缘的电感值发生较大变化，因此通过检测电感值变化情况便可以了解匝 间绝缘性能。目前常用的匝间绝缘性能检测方法包

4、括雷电冲击检测法与过电压检 测法，如电抗器的um≤40.5kv,宜选用过电压法检测绝缘性能，以确保在绝 缘检测过程中能够产生更陡的放电波头2。由于电抗器的电抗量通常≤20mh, 在进行雷电冲击检测吋可将电阻接入电抗器的尾端，或适当缩短波头时间及增加 充电电容，以确保在检测时可以有效调节波尾时间，从而使波形达到检测要求。 雷电冲击法与过电压法的检测原理分别见图1、图2。在图1及图2中，cx-去示波器，c1-充电电容（主电容），lx 被检测电抗器，rx回路电阻（等值电阻），g球间隙，rf波头电阻，rt 波尾电阻，rd限流电阻2 试验2.1试验方法应将稳压电源作为试验电源

5、，试验前需切断高压端，确保电抗器与高压 导线之间的距离达到安全保护标准，同吋利用接地线保证电抗器安全接地，注意 拆除过压保护器及避雷器等，并检查试验接线是否正确。在试验过程中应保证环 境湿度85%,将温度控制在-10°c-40°c之间，按照标准的试验操作步骤进行充 放电，发现异常吋，立即停止充放电。试验结束后应及时切断电源。如采用雷电 冲击法检测匝间绝缘性能，在试验过程中应注意控制好冲击器与电抗器之间的阻 抗效应，同时避免电抗器的接地线对冲击电场分布形式产生破坏作用，尽量在电 抗器附近设置接地点3。试验电路的元件参数、截断电路布置形式是决定截波 试验反极性过零系数及截断时间

6、的主要因素，如过零系数超过0.3,应将阻尼电 阻接入截断电路中，以降低过零系数，在试验过程中还应尽量使雷电冲击装置靠 近电抗器，以减小电抗器与端子之间的阻抗，并增加试验电压、电流的骤降陡度 及缩短截断时间，获得更精确的匝间绝缘试验结果。雷电冲击检测法的般性试 验步骤如下：负极性全波冲击（降低电压，1次）→负极性全波冲击（全电 压，1次）→负极性截波冲击（降低电压，1次）→负极性截波冲击（全 电压，2次）→负极性全波冲击（全电压，2次）→负极性全波冲击（降 低电压，1次）。如采用过电压法检测匝间绝缘性能，试

7、验时先施加设计的标定 电压，标定电压应低于试验电压值的35%,随后可在等值电路中施加试验电压, 并记录lmin内的波形变化。可通过对比试验电压与标定电压下的波形变化判 断是否存在绝缘缺陷。2.2现场应用2.2.1故障情况某330kv变电站中的35kv干式空心电抗器突发烧损故障，故障发生后 立即断电灭火，灭火后检查了配电网络的a相、b相及c相运行情况，发现a相 及b相无异常，c相存在燃烧痕迹。电抗器的额定容量为ismvar,感抗值为 24.5ω,出厂序号为142875a,额定电流为745.275a,额定频率为50hz, 额定电压为35kvo电抗器的布置方式为品字型，包封层数为

8、10层，外径为 2500mm,内径为1820mm, dbs高度为2530mm,绕组高度为2840mmo2.2.2试验分析检测匝间绝缘性能时采用了过电压测试法，在试验中向电抗器施加了两 种不同的电压，并比较两种电压波形，观察记录试验过程中是否出现爬电、烟雾 及异响等现象，以判断匝间绝缘性能。试验数据如下：（1）a相：标定电压为 52.49kv,高压电压为97.15kv；标定频率为23.47khz,高压频率为23.56khz；标 定电感为13.71mh,高压电感为13.69mho （2） b相：标定电压为54.72kv,高 压电压为95.98kv；标定频率为20.15khz,高压频率为20.13k

9、hz；标定电感为 18.62mh,高压电感为18.77mho （3） c相：标定电压为52.46kv,高压电压为 90.13kv；标定频率为16.93khz,高压频率为16.89khz；标定电感为26.29mh, 高压电感为26.21mho a相、b相及c相的波形图分别见图3、图4、图5。图5表示存在绝缘缺陷，图3及图4表示绝缘正常，可知c相电抗 器出现绝缘故障，a相与b相匝间绝缘无异常。在图5中，电压衰减速度较快, 表示存在短路匝：短路匝中的环流可增加电抗器的运行损耗，并导致电流、电压 快速衰减；电路中的短路匝可对各层线圈的磁场产生破坏作用，造成匝间磁势失 衡，在磁势失衡的情况下，各层线圈将

10、会垂新调整电流、电压分配关系，造成电 抗器内部形成新的环流，该环流可贯穿电抗器线圈，并明显增加电抗器运行损耗， 运行损耗过大吋，电压也会在短吋间内快速衰减。此外，由于c相电抗器出现了 绝缘缺陷，过电压可造成匝间出现暂时性放电击穿及火花放电故障，再加上高工 频电压能起到增强电弧的作用，因此匝间绝缘出现放电击穿现象后无法及时灭弧。 在无法灭弧的情况下，匝间绝缘内的短路匝数量可持续增加，导致绝缘失效，电 抗器岀现连续短路问题，连续短路又会进一步增强电弧，在电弧增强到一定程度 时，可造成短路点的温度在短时间内迅速上升，由此导致匝间绝缘出现碳化、燃 烧现象。明确故障相后更换了电抗器，重新试验后波形恢复正

11、常。3結语综上,干式空心电抗器的工频电压耐受能力较强，能够有效限制过电压、 谐振、短吋电流及潜供电流。电抗器的可靠性能与安全性能可受到匝间绝缘材料、 运行环境等因素的影响。电抗器周围的电场较强，过强的电场可使空气间隙放电， 局部放电会造成匝间绝缘劣化，严重吋可导致绝缘击穿，造成电抗器的可靠性受 到影响。为了确保电抗器的可靠性满足电力系统运行要求，不但要采用制造质量 达到强制性标准的产品，做好安装调试工作，还应定期检测匝间绝缘性能。在检 测匝间绝缘性能时要设计科学的试验方案，及时发现与处理运行故障。参考文献：刘小华，黄彦全，李晓玉，等应用谐波电流比的并联电容器补偿装置电抗器 匝间短路保护卩电力系统及其自动化学报，2016, 28 (7)： 112-116.温才权，宋永佳，赵世林，等大容量svc中空心电抗器的电磁兼容仿真及减