干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验的分析

干式空心电抗器匝间绝缘检测原理及试验的分析

徐鹏王文林弥云辉张睿师涛

徐鹏王文林弥云辉张睿师涛

云南电网公司玉溪供电局云南省玉溪653100

摘要：干式空心电抗器在电力系统中广泛应用，与其它电气设备一样，其在实际运行过程中存在较多事故。匝间绝缘性能对干式空心电抗器的使用和运行具有重要影响，绝缘一旦出现问题，即会引发短路、电抗器烧毁等故障，造成严重损失，因此对干式空心电抗器匝间绝缘的检测原理与试验进行分析具有重要的现实意义。本文阐述干式空心电抗器的基本特点与工作原理，并重点对匝间绝缘进行介绍，从检测方法与检测绝缘两方面对其检测原理进行研究，进而对检测试验进行设计与分析，以期为其检测方法与设备的优化提供参考。

关键词：电抗器；干式空心；匝间绝缘；检测；原理；试验针对干式空心电抗器匝间绝缘的检测，国外已研究生产出专门的检测设备，但其造价较高不能在国内厂商中广泛应用与推广。对其检测原理与试验的研究需结合国外的成功经验并借鉴其它电气设备绝缘检测的方法进行分析和总结。

一、概述对干式空心电抗器与匝间绝缘的特点与原理的深入理解，是研究其检测方法与原理的基础。

（一）干式空心电抗器电抗器凭借其电感特性广泛应用于电力系统中，在系统中发挥着无功补偿、限流、阻尼、移向、稳流的作用。与传统的油浸式铁芯电抗器相比，干式空心电抗器具有体积小、重量轻、结构简单、损耗低、线性小、维护方便等优点，如上性能优势来源于其结构特点。干式空心电抗器最大的特点是没有铁芯，具有多并联支路结构，以空气作为磁介质，磁回路无限制。其结构上具有以下特点：一、股间电压均衡排列。绕组采用高性能铜线或铝线，绕制保证支路匝数固定。二、运行可靠。并联连接不同半径支路，层间电压低，同等部位电压相似，稳定的电场分部增强绕组运行的可靠性。三、机械强度大。以环氧树脂玻璃纤维作为绕包材料，以绝缘子为底座、以非磁性端部星架为夹持，通过干燥浸胶与玻璃纤维拉紧，使电抗器成为刚性整体。四、绕组由多个封包构成，封包由多并联支路组成，包封间留有空隙，保证电抗器散热性能。五、环境限制。干式空心电抗器结构对运行环境具有限制，当在电流较大但电感较大或较小的环境下运行，将造成电流不平衡导致电抗器运行故障。

（二）匝间绝缘从概念出发，匝间绝缘是指绕制变压器的线圈时每一圈之间的绝缘，匝间绝缘产生的主要因素是漆包线的质量以及后期的浸漆、烘干等工艺等。匝间绝缘性能对干式空心电抗器的使用和运行具有重要影响，绝缘一旦出现问题，即会引发短路、电抗器烧毁等故障，造成严重的经济损失，甚至产生安全隐患，因此对干式空心电抗器匝间绝缘的检测直观重要。现阶段，国外已研发并生产出相应的检测设备，但由于造价较高，不能得到广泛的应用与推广。对其研究和分析需借鉴国外成功经验，并结合其它电气圣杯匝间绝缘检测的理论进行研究，目前较为常见的检测办法是脉冲电压法。

二、检测原理结合变压器、电机等设备绝缘检测的原理，针对电抗器的特性，从检测方法和检测判断方法两个角度对检测原理进行探讨。

（一）检测方法通常情况下对匝间绝缘的检测方法有以下四种：一、雷电冲击试验法。此方法是通过雷击对匝间、段间、层间绝缘的电气强度进行考核，是对绕组的纵绝缘检测。二、高频振荡能量吸收法。此方法能对匝间短路进行检测，当线圈通过高频电流并与另一线圈相靠近，如若该线圈发生匝间短路，则将产生能量被吸收现象，根据此原理可有效判断匝间短路。三、漏磁场检测法。此方法通过利用霍尔传感器测量漏磁场图，可对铁芯式绕组匝间故障进行测量，并判断出短路具体位置。四、高频脉冲振荡电压法。此方法通过对电抗器施加不同电压，对比施加全电压与半电压两种情况下高频脉冲振荡电压波形，通过对比结果对匝间绝缘进行检测。对比以上各种检测方法，雷电冲击试验法由于冲击电压时间较短，检测效果不稳定；漏磁场检测法只适用于对匝间绝缘直接短路的检测，对于隐性故障不能检测。

（二）检测判断当干式空心电抗器匝间绝缘出现故障时，将引起相应的异常现象，例如电压振荡频率变化、电流振荡频率变化等。因此可通过相应的对比和观察对检测结果进行判断，常用的检测判断方法包括：一、观察法。当电抗器匝间绝缘异常时，在运行过程中可能会出现火花、烟雾等明显的故障现象，因此现象观察可作为判断匝间绝缘状态的重要依据。二、波形比较法。比较波形是判断匝间绝缘性能的最主要办法，IEEEC57.21-2008“干式并联空心电抗器匝间耐压试验标准”和IEEEC57.16-1996“干式串联空心电抗器匝间耐压试验标准”中对波形比较的具体标准进行的说明，通过施压变化，对比半电压与全电压两种条件下波形相位、衰减速度、过零点，如若试验结果相同，则匝间绝缘良好。三、频率比较法。通过对两波形频率进行计算，判断绝缘性能。四、衰减系数比较法。通过对串联电路中电压、电流、电容的关系，计算固有振荡频率实际振荡频率，进而得出衰减系数，对不同电压或电流下的衰减系数进行对比判断。

三、检测试验分析研究干式空心电抗器匝间绝缘对电感的影响，从现象入手对试验方法进行研究，通过试验结论对检测方法与检测设备的优化提供思路和建议。

（一）干式空心电抗器电感计算干式空心电抗器电感具有对称性，可简化为二维轴对称模型，利用电磁场计算分析软件进行模拟试验和计算。通过不同条件下的电磁分析和计算可对干式空心电抗器电感规律：一、线圈电磁分布随匝间短路位置与电抗器中间位置间距离的缩小而增大。二、在匝间短路情况下，电感变化率随电源频率的增高而增大，同时磁力线变化分布也随之变大。三、无匝间短路情况下，磁力线变化分布与电感均保持稳定。

（二）试验方法研究通过上文中检测方法的对比，结合电抗器电感计算结果可得出，高频电压可使异常匝间绝缘的电抗器电感出现明显变化，因此考虑使用高频振荡电压法进行试验研究。在试验中对电抗器直接施加高频脉冲电压，电容由直流电源充电，使电压达到一定值，振荡放电形成电容与被测线圈间的阻尼振荡，并可计算出振荡频率。如试验中出现绝缘击穿导致匝间短路，将出现振荡频率增大、电感减小现象，增大短路匝间上的施加电流，将出现振荡衰减加快现象。通过对比试验中波形频率、衰减系数、衰减时间等参数可判断匝间绝缘情况。

（三）试验要求为保障试验效果，试验耐压需至少持续1分钟，试验电容与被测电压间的阻尼振荡需保证在5至100千赫兹范围内，在此范围内，振荡频率越高试验效果越好。此外，针对不同标称电压与电源频率的电抗器，对放电初始电压与放电频率均有相应要求。例如，对标称电压为35kV的户外电抗器，放电初始电压峰值应达180kV。

（四）试验结果根据检测原理及试验分析，可得出以下结论：一、高频作用下，如电抗器存在匝间绝缘缺陷，则电抗器电感变小，且电感变化率随频率增大而增大。二、当电抗器出现匝间绝缘故障，其电压波形将出现明显变化，衰减速度变快、衰减指数增加、振荡电压及电流波形频率均变大。根据上述结论，试验中的电压波形振荡频率原高于电抗器实际工作环境的频率，因此电抗器施加试验电压可不承受高倍电流，因此所需要的试验装置容量较小、造价偏低，根据此结果可研制一套用脉冲电压法检测干式空心电抗器匝间绝缘的试验装置。

结语干式空心电抗器匝间绝缘对电力系统的稳定运行起到关键作用，本文对其检测原理与试验进行研究，试验方法可以有效的对匝间绝缘性能进行检测和判断，依据研究结论可为相关的检测设备的设计和改良提供参考。

参考文献[1]翟云飞；干式空心电抗器匝间绝缘检测系统仿真与实验；大连理工大学；2011，(12)[2]骆晓龙；干式空心电抗器匝间绝缘试验方法有效性分析[J]；绝缘材料；2012(09)