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干式空心電抗器匝間絕緣試驗技術(shù)探討

文檔作者：楊建偉，李仲彬，楊明錦，許國龍，陳朝毅文檔來源：云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年07月26日
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上一篇：干式鐵心串聯(lián)電抗器損壞的原因分析

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電工技術(shù)電氣測試
干式空心電抗器匝間絕緣試驗技術(shù)探討
楊建偉，李仲彬，楊明錦，許國龍，陳朝毅
(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局，云南 德宏678400)
摘 要：針對常見的電抗器開裂絕緣缺陷展開研究，在參考國家標準的基礎(chǔ)上研制了電抗器絕緣試驗平臺，對不同
類型的鋁線材料、不同開裂程度的電抗器進行了匝間絕緣試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由BBYL9材料制造的電抗器在開裂情況下
擊穿電壓要高于其他材料的電抗器。
關(guān)鍵詞：干式空心電抗器；開裂；絕緣缺陷；絕緣試驗
中圖分類號：TM47
Discussion on Interturn Insulation Test Technology of Dry-type Air-core Reactor
YANG Jianwei, LI Zhongbin, YANGMingjing, XU Guolong, CHEN Chaoyi
(Dehong Power Supply Bureau, Yunnan Power Grid Co., Ltd., Dehong 678400, China)
Abstract: In this paper, the common cracking insulation defects of reactors are studied. On the basis of reference to national
standards, a reactor insulation test platform is developed. Interturn insulation tests are carried out for diferent
types of alu minium wire materials and reactors with different cracking degrees . It is found that the breakdown voltage of
the reactor made of BBYL9 material is higher than that of reactors made of other materials in the case of cracking .
Key words: dry-type air-core reactor ； cracking ； insulation defects ； insulation test
0引言
干式空心電抗器具有結(jié)構(gòu)簡單、線性好、損耗小、價
格低、易維護等優(yōu)點，被電力系統(tǒng)廣泛采用［1\近年來，
干式空心電抗器在運行過程中事故頻發(fā)，不僅威脅電力系
統(tǒng)安全運行，也造成了較大的經(jīng)濟損失。干式空心電抗器
為多支路線圈并繞結(jié)構(gòu)，匝數(shù)非常多，制造過程采用手工
繞制后整體固化，存在匝間絕緣局部缺陷的概率非常
高運行過程受熱脹冷縮、電磁力作用，易出現(xiàn)包封開
裂，而開裂后使電抗器的匝間絕緣含有缺陷3。
開裂是干式空心電抗器常見的一種故障形式，因此有
必要針對這一缺陷對匝間絕緣性能的影響進行評估。開裂
產(chǎn)生的主要原因是運輸和安裝過程外部應(yīng)力作用及運行過
程內(nèi)部應(yīng)力作用4。運行過程中內(nèi)部應(yīng)力主要包括電抗器
溫度變化造成熱脹冷縮形成的伸縮力及電動力，尤其是投
切過程形成的暫態(tài)電動力。匝間開裂后，匝間絕緣電壓分
布會產(chǎn)生變化，氣隙處會出現(xiàn)強電場5。而且，開裂電抗
器易受到潮氣、雨水和臟污的侵襲，進一步造成匝間絕緣
性能下降。
在電場作用下，缺陷絕緣會首先發(fā)生局部放電，過電
壓幅值遠大于運行電壓，在它的作用下局部放電更容易發(fā)
生6。當電場強度較低時，局部放電所產(chǎn)生能量不大，短
時間內(nèi)對絕緣強度影響不大，但由于累積效應(yīng)，絕緣性能
也會不斷劣化。當電場強度很高時，絕緣缺陷則會嚴重降
低匝間絕緣壽命，短時間內(nèi)導(dǎo)致匝間擊穿7。
目前針對有缺陷的干式空心電抗器絕緣研究較少。文
獻［8 ］對電抗器表面放電進行了研究，提出因包封表面局
部放電而導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生擊穿通道造成環(huán)氧樹脂開裂，
但是沒有對電抗器匝間絕緣問題做進一步分析。文獻［9］
沒有對內(nèi)在的絕緣故障機理進行分析和提出措施，如局部
過熱和絕緣氣泡等問題。
本文針對常見的電抗器開裂絕緣缺陷展開研究，在參
考國家標準的基礎(chǔ)上研制了電抗器絕緣試驗平臺，對不同
類型的鋁線材料、不同開裂程度的電抗器進行了匝間絕緣
試驗。
1絕緣試驗平臺
本文根據(jù)國家標準GB 1094. 6—2011《電力變壓器第6
部分：電抗器》研制了電抗器絕緣試驗平臺，其電路圖如
圖1所示。為了使試驗平臺產(chǎn)生高壓高頻脈沖振蕩電壓
波，本文改進了標準中的試驗電路，加入了輔助線圈、串
聯(lián)保護電阻，使試驗更加安全。圖1中的絕緣試驗平臺主
電路主要包含調(diào)壓器T1和T,升壓器丁2、可控硅整流器D
等，其中Ch和Cl測量試驗過程中的電壓，并采用示波器
記錄電壓數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)傳送至計算機，進
行傅里葉變換后計算出絕緣試驗過程中產(chǎn)生的放電量。
收稿日期:2019-05-05
138 I www.chinaet.ned 中國電工網(wǎng)
電氣測試電工技術(shù)
圖1電抗器絕緣試驗平臺主電路圖
Fig.l Main circuit diagram of reactor insulation test platform
根據(jù)試驗平臺主電路圖搭建了電抗器絕緣試驗平臺，
如圖2所示。其中輔助線圈電感值為10 mH,保護電阻為
100 0,合適的保護電阻在避免干擾波形的同時可降低主
電容的放電電流。該試驗平臺的電壓調(diào)節(jié)范圍為0?35
kV,產(chǎn)生的高壓高頻振蕩波的頻率為58 kHz,波前時間
小于150 ns,示波器型號為TEK tronixDPO2012B。該平
臺可長時間平穩(wěn)運行，完成試驗工作。
別明顯，超過1.5 mm后基本不變。
圖4擊穿電壓與間隙距離變化規(guī)律圖
Fig.4 Variation diagram of breakdown voltage and gap distance
圖5是開裂電抗器局部放電起始電壓與開裂間隙距離
變化規(guī)律。由此可知，開裂電抗器的局部放電起始電壓幾
乎不隨間隙距離變化，其局放位置多發(fā)生在間隙的尖
角處。
圖2干式空心電抗器匝間絕緣試驗平臺
Fig.2 Interturn insulation test platform for dry-type air-core reactor
圖5局部放電起始電壓與間隙距離變化規(guī)律圖
Fig.5 Variation diagram of initial voltage of partial discharge
and gap distance
2開裂缺陷匝間絕緣試驗
為了保證試驗結(jié)果的普遍性，選擇主流廠家生產(chǎn)的電
抗器進行試驗，如圖3所示。試驗電抗器導(dǎo)線的直徑均為
4.25 mm。對 BBYL3、BFYL4、BBYL9 三種鋁導(dǎo)線材
質(zhì)，開裂間隙分別為0.5、1、1.5、2 mm的電抗器進行對
比試驗。試驗中采用階梯升壓法來施加電壓。
圖3開裂電抗器試驗樣品圖
Fig.3 Test sample diagram of cracked reactor
圖4是開裂電抗器擊穿電壓與開裂間隙距離變化規(guī)
律。由此可知，所有開裂的電抗器樣品擊穿電壓與不含間
隙的電抗器擊穿電壓相比有所降低；BBYL9材料的電抗
器擊穿電壓要高于其他兩種材料的電抗器；隨著間隙距離
的增大，擊穿電壓有先下降后上升的趨勢，但變化不是特
3分析
為了從理論上分析開裂情形下電抗器開裂處的電場強
度與間隙距離的關(guān)系，本文根據(jù)電抗器建立了高壓高頻電
壓波下的開裂電抗器匝間絕緣等值電路模型，如圖6所
示。其中U為施加的高壓高頻振蕩電壓；G、C2分別為
開裂間隙的電容和固體絕緣電容；廠1、廠2為鋁導(dǎo)線半徑；犱
為開裂間隙距離；£1、£2、£3分別為真空、空氣、固體介
電系數(shù)。
圖6開裂電抗器匝間絕緣等值電路模型圖
Fig.6 Equivalent circuit model diagram of interturn insulation
for cracked reactor
在外施電壓為u的情形下，間隙的電壓降為:
2019|19 期 139
電工技術(shù)電氣測試
g — 2G +C2
則間隙的電場強度為:
E 犝/2
狉2 ln狉土犱⑵
(1)
X 0 9 (2)
圖7是根據(jù)開裂模型求得的不同半徑的鋁導(dǎo)線電抗器
開裂間隙電場強度與間隙距離之間的變化規(guī)律。由此可
知，隨著間隙距離的增大，開裂間隙的電場強度呈現(xiàn)下降
趨勢。在間隙距離小于0. 5 mm的情形下，導(dǎo)線半徑越
大，電場強度越高；在間隙距離超過1mm后，不同導(dǎo)線
半徑的電抗器電場強度幾乎一致。
0
磁■
Dfft斥2-
0# $0 i"5 2.0 2"#
氣隙間隙/mm
圖7最大電場強度與間隙距離間的關(guān)系圖
Fig.7 Relationship between maximum electric field strength
and gap distance
4結(jié)語
本文針對常見的電抗器開裂絕緣缺陷展開研究，在參
考國家標準的基礎(chǔ)上研制了電抗器絕緣試驗平臺，對不同
類型的鋁線材料、不同開裂程度的電抗器進行了匝間絕緣
試驗，并建立了開裂電抗器匝間絕緣等值電路模型來分析
電抗器開裂處的電場強度與間隙距離之間的關(guān)系，得到以
下結(jié)論。
（DBBYL9材料的電抗器擊穿電壓要高于其他兩種材
料的電抗器，隨著間隙距離的增大，擊穿電壓有先下降后
上升的趨勢，但變化不是特別明顯。
（上接第137頁）
3.3試驗步驟
試驗前做好試驗前期的技術(shù)準備工作，試驗使用的設(shè)
備必須在有效期內(nèi)，儀器、儀表檢驗必須合格，二次回路
接線正確且連接可靠。試驗所需設(shè)備與材料見表1。試驗
具體步驟如下：按試驗接線連接試驗線，并檢查確認；確
認電流互感器二次回路完整接入，無開路現(xiàn)象；確認儀器
原始狀態(tài)處于“0”位；合上試驗電源開關(guān)；緩慢增加輸出
電流至10A；檢查光CT無異常，被試設(shè)備無異常；使用
高靈敏雙鉗形表檢查保護屏A、保護屏B、測量屏等處電
流回路電流的幅值、相位，并確認各差動保護的正確性，
將試驗結(jié)果記入試驗記錄中；測量結(jié)束后斷開試驗儀器開
關(guān)，并懸掛“有人工作，禁止合閘”標識牌；拆除試驗線，
改接至其他試驗間隔，重復(fù)上述過程試驗。
(2)在等值電路模型中，隨著間隙距離的增大，電抗
器開裂間隙的電場強度呈現(xiàn)下降趨勢。在間隙距離小于
0.5 mm的情形下，導(dǎo)線半徑越大，電場強度越高；在間
隙距離超過1mm后，不同導(dǎo)線半徑的電抗器電場強度幾
乎一致。
參考文獻
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決措施[J].高電壓技術(shù),999,5(3):5759.
表1試驗所需設(shè)備與材料
Tab. 1 Equipment andmaterials for test
序號名稱數(shù)量備注
1 電流發(fā)生器1臺便攜式
2 注入式電流鉗若干大小合適
3 伸縮式絕緣扌千4套單套長度可達8m
4 試驗導(dǎo)線4組長度根據(jù)被測試設(shè)備決定
5 接地線50根18m
4結(jié)語
便攜式智能光CT注流系統(tǒng)實現(xiàn)了檢修人員與通流
CT的“零接觸”；實現(xiàn)了檢修儀器現(xiàn)場注流的“零供電”；
實現(xiàn)了檢修現(xiàn)場安全工器具的“零擺放”；實現(xiàn)了校驗人員
現(xiàn)場的“零干預(yù)”。 全國有近40 座換流站約2000 臺濾波器
場光CT,該系統(tǒng)能顯著提高電網(wǎng)檢修的經(jīng)濟性，具有很
大的實用價值和應(yīng)用前景。

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