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干式空心电抗器绝缘防护技术研究

编辑:   发布时间:2019-08-22

【摘  要】:本文基于电抗器绝缘故障,研究了电动力对干式空心电抗器的绝缘性影响,电场对干式空心电抗器的绝缘性影响,提出了干式空心电抗器全绝缘处理的解决方案,以及绝缘防护中系列绝缘制品的运用。

【关键词】:干式空心电抗器;绝缘防护;电场;电动力;全绝缘

1 干式空心电抗器绝缘防护技术研究的目的意义

      干式空心电抗器无论何种故障原因(制造过程、过电压、运行老化、环境因素等)引起损毁,其归结点都是以线圈匝间绝缘损坏的形式呈现出来的。当电抗器出现绝缘问题产生放电时,又会进一步加剧各缺陷的发展,进而使得局部温度过高,而干式空心电抗器自然风冷的散热方式使其无法在故障时发挥明显作用,导致电抗器绕组持续升温直至起火烧毁。一旦发生绝缘故障,如果现场处置不当,将可能造成重大设备事故和停电损失。同时,电抗器绝缘故障的修复过程繁琐,持续时间较长,若检修处理过程工艺不规范,现场技术管控不到位,将直接影响检修处理效果和效率,导致设备不能及时投入正常运行。

      目前,国内外对于电抗绝缘特性的研究相对较少,特别在电抗器绝缘防护方面,又鉴于电抗器在电力系统中的重要作用,非常有必要对其进行详细考察。

2 电动力对干式空心电抗器的绝缘性影响

2.1 干式空心电抗器对绝缘的影响

      干式空心并联电抗器各层线圈并绕,各包封都包绕一定厚度的环氧玻璃丝,再整体固化。干式空心电抗器的材料包括铝导线、聚酯薄膜和环氧玻璃丝[1]。不同材质同一种材料的力学性能也有很大差异,常用材料的抗拉强度和伸长率的范围如表1。

 

 

       最大压强核算:轴向挤压力由线匝绝缘承受,假设幅向力分别由铝导线或单面环氧玻璃丝绝缘承受,在不同位置压强计算结果如表2。

       从表2看出,轴向电动力的压强非常小,对电抗器聚酯薄膜匝绝缘的破坏可以忽略。如果线圈与环氧玻璃丝绝缘粘接不牢固,粘接面的抗拉强度会下降。由于线圈受力后产生伸展或压缩,受拉力的接触面会产生缝隙出现脱层,它们间的作用力会集中在端部绝缘,在整体拉伸力作用下会使端部绝缘开裂。

2.2 基于电动力影响的电抗器绝缘防护措施

       干式空心并联电抗器电动力分布极不均匀,内层线圈幅向电动力大,最大值出现在线圈中部,外部线圈轴向电动力大,最大值出现在线圈端部[2]。干式空心电抗器匝数的变化引起的电动分布变化较正常情况下明显增加。干式空心并联电抗器轴向电动力的压强非常小,对绝缘的破坏性可以忽略。幅向电动力的压强较大,一般也不会破坏绝缘。如果线圈与环氧玻璃丝绝缘粘接不牢固,可能出现脱层,甚至发生开裂。因此,在制造干式空心电抗器过程中,需要加强线圈与环氧玻璃丝绝缘之间的粘接强度,以避免电动力引起脱层甚至开裂发生,避免干式空心并联电抗器在运行过程中事故频发,威胁电力系统安全运行,造成较大的经济损失。

3 电场对干式空心电抗器的绝缘性影响

       干式空心电抗器的电场强度过强,会造成干式空心电抗器的空气间隙发生沿面放电,一旦发生空气间隙局部放电,会腐蚀聚酯薄膜绝缘,引起绝缘劣化,进一步造成绝缘击穿,威胁着电力系统的安全运行。干式空心电抗器电场分布不均匀,外绝缘电场强度分布,其最大场强出现在外包封端部,为0.062kV/mm。内部绝缘线圈电场强度分布,其中部匝间场强最高,为0.637kV/mm。通过有限元App计算干式空心电抗器的外绝缘端部电场分布和内绝缘匝间电场分布可以看出,其电场强度不足以击穿聚酯薄膜绝缘,局部缺陷是造成匝间绝缘损坏的主要原因。

        因此,适当增加匝间绝缘厚度可以降低匝间绝缘的电场强度,改进绝缘材料性能,完善加工工艺,避免局部缺陷,以提高电抗器的绝缘性能。

4 干式空心电抗器全绝缘处理方案

        基于对干式空心电抗器运行中所存在的问题及故障原因的分析,提出干式空心电抗器全绝缘处理方案。通过优选绝缘材料,确定喷涂处理工艺及淋涂工艺,两种工艺相结合的方式对电抗器进行整体全绝缘处理,以达到电抗器最佳安全运行效果。

       由于电抗器本身线圈有环氧树脂和玻璃纤维等绝缘材料缠绕,干式空心电抗器全绝缘研究与应用的技术关键点就是采用何种处理工艺对所有外露导电部位进行全绝缘处理,同时采用特殊工艺对电抗器匝间进行全绝缘处理,实现干式空心电抗器整体全绝缘,同时保证不影响设备的正常运行。

       通过全绝缘处理后,干式空心电抗器在运行过程中,即使出现有小动物攀爬到电抗器相间也不会造成电抗器相间短路,从而避免了设备事故的发生。绝缘处理后包封匝间线圈不再出现细微龟裂,能够有效的阻止线圈受潮、老化,避免线圈短路烧毁设备的可能性,杜绝事故的发生。

       根据对近几年电网内发生的叠装式干式空心电抗器相间短路事故分析,提出以下全绝缘处理方案:优选一种可靠优良而且常温下可以自干的绝缘材料对电抗器的外包封(包括上下星角架、连接法兰、绝缘子金属件)进行喷涂,喷涂可分2~4次,总体厚度不低于0.5mm。对于匝间应使用淋涂特殊工艺以保证匝间经处理后绝缘层均匀。对喷后薄弱部分可再次涂刷绝缘涂料。该方案在不需要大幅度改造已投运电抗器本身的前提下,耗工小,可行性高。通过优选绝缘材料,确定喷涂处理工艺及淋涂工艺,两种工艺相结合的方式对电抗器进行整体全绝缘处理,已达到电抗器最佳安全运行效果。

5 绝缘防护中系列绝缘制品的运用

       电抗器也受外界因素造成的故障影响[3],异物引起的短路故障也是电抗器损坏的重要原因。绝缘制品的合理选取以及有效运用,有利于干式空心电抗器绝缘高性能的提高。

       间隔棒是一种保持导线相间距离、抑制导线舞动的装置,操扣式橡胶导线间隔棒适用于35~220kV间隔棒的绝缘防护。适用于污秽地区、台风频发区、与槽扣式硅橡胶导线保护管相配合能有效防腐蚀、防鸟害、防风偏引起的闪络,耐雷电冲击等电气性能。

       硅橡胶瓷绝缘子护罩适用于10~35kV架空线路瓷绝缘子(针式瓷绝缘子、盘形悬式瓷绝缘子)绝缘保护。防鸟害、防漂浮物、能减免雷电对电线电缆的损坏。硅橡胶电力设备绝缘护罩能够用于电气设备接线接头绝缘防护,能有效防止污垢、盐雾、酸雨、凝露等对裸露部分的腐蚀,能有效的防止异物搭建造成的短路故障。

6 结语

       通过分析电动力、电场对干式空心电抗器绝缘性的影响,在制造干式空心电抗器过程中,需要加强线圈与环氧玻璃丝绝缘之间的粘接强度,适当增加匝间绝缘厚度,可以避免干式空心并联电抗器在运行过程中事故频发。通过对干式空心电抗器全绝缘化改造,以及绝缘防护中系列绝缘制品的运用,为今后杜绝电抗器发生绝缘事故提供了有针对性的参考,有利于实现设备的安全可靠运行。

 

参考文献

[1]廖子龙,乌云其其格.环氧树脂/玻璃纤维复合材料性能研究与应用[J].工程塑料应用,2008,36(9):47-49.

[2]赵延山.空心电抗器电场及电动力问题分析[D].济南:山东大学,2012.

[3]刘海莹,魏宾.干式空心电抗器的运行分析及故障处理[J].高压电器,2004,40(3):239-240.

南方电网瑞丽供电局  杨麒峰

 
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