大型海上風(fēng)電場(chǎng)通過(guò)長(zhǎng)距離海纜接入電網(wǎng)，空載時(shí)容易引起海纜末端電壓過(guò)高造成海纜供電損耗大、同期困難，輕載時(shí)容易使線路首端電壓高于電源電勢(shì)造成工頻過(guò)電壓，因此在海纜末端安裝并聯(lián)電抗器可改善長(zhǎng)距離海纜上的電壓分布。

運(yùn)行中的電抗器箱沿螺栓發(fā)熱，其熱量會(huì)傳遞到箱沿與密封圈上，一方面會(huì)造成局部密封圈老化從而造成漏油，另一方面會(huì)促進(jìn)電抗器油分解，產(chǎn)生氣體，引起瓦斯或者壓力釋放閥保護(hù)動(dòng)作，迫使高壓電抗器退出運(yùn)行，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。

1 箱沿螺栓發(fā)熱現(xiàn)象

某海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站2號(hào)電抗器是沈陽(yáng)特變生產(chǎn)，型號(hào)BKS—70000/220，容量70000kvar，額定電壓230kV，額定電流176A，聯(lián)接組標(biāo)號(hào)YN，制造日期2019年7月。

在帶電初期巡檢時(shí)，用紅外測(cè)試儀發(fā)現(xiàn)電抗器中性點(diǎn)側(cè)靠近B相有兩顆油箱連接螺栓溫度分別為112℃（1號(hào)超溫螺栓）、111℃（2號(hào)超溫螺栓），其余螺栓溫度分布大致在50℃，1號(hào)超溫螺栓紅外熱成像如圖1所示，兩顆超溫螺栓位置如圖2所示。

2號(hào)電抗器滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行電壓231.2kV，運(yùn)行電流175.1A，電抗器本體油溫1為47℃、油溫2為49℃、繞組溫度為52℃，后臺(tái)監(jiān)控監(jiān)測(cè)油溫、繞組溫度及負(fù)荷電流運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)緩慢增長(zhǎng)現(xiàn)象。

圖1 1號(hào)超溫螺栓紅外熱成像

圖2 中性點(diǎn)側(cè)靠近B相兩顆超溫螺栓位置

根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，電氣設(shè)備與金屬部件的連接熱點(diǎn)溫度大于110℃時(shí)，發(fā)熱判斷為緊急缺陷。如果不及時(shí)處理將會(huì)使密封膠墊局部老化，導(dǎo)致電抗器出現(xiàn)滲漏油、受潮甚至瓦斯保護(hù)動(dòng)作等問(wèn)題，嚴(yán)重影響2號(hào)電抗器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

對(duì)電抗器取油樣化驗(yàn)的結(jié)果與DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)程中要求的“判斷運(yùn)行設(shè)備油中溶解氣體含量注意值”對(duì)比合格，由此可排除電抗器主磁回路故障引起的箱沿螺栓發(fā)熱，詳細(xì)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 油樣化驗(yàn)結(jié)果與規(guī)程要求對(duì)比

通過(guò)紅外成像儀進(jìn)行拍攝跟蹤、分析，基本確定螺栓過(guò)熱的根本原因是漏磁引起的環(huán)流，其產(chǎn)生的電流流過(guò)連接螺栓導(dǎo)致發(fā)熱。引起電抗器油箱與底座連接螺栓發(fā)熱的原因一般是繞組和引線漏磁產(chǎn)生較大的電流，該電流可能是短路電流或者是渦流。

當(dāng)箱沿螺栓過(guò)熱是由較大的短路電流引起時(shí)，該電流可能是由于繞組或者引線漏磁（大多由于引線中的大電流產(chǎn)生的漏磁）在油箱與箱沿螺栓的回路中感應(yīng)出的環(huán)流。由于高壓電抗器油箱的上、下箱沿處在強(qiáng)磁場(chǎng)中，強(qiáng)磁場(chǎng)的磁通密度不同而使油箱的上、下箱沿感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)不同，從而產(chǎn)生電位差，此時(shí)油箱上、下箱沿通過(guò)螺栓形成導(dǎo)電回路。電抗器的漏磁分布示意圖如圖3所示。

圖3 電抗器的漏磁分布示意圖

當(dāng)箱沿螺栓過(guò)熱是由箱沿螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流引起時(shí)，電抗器的漏磁通穿過(guò)箱沿，由于電抗器箱沿螺栓相對(duì)于周邊的空氣磁阻較小，所以大多數(shù)磁通集中通過(guò)導(dǎo)磁相對(duì)較好的箱沿螺栓，如果螺栓局部磁通密度很大就會(huì)造成渦流，該電流可能造成螺栓過(guò)熱，箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖如圖4所示。

圖4 箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖

?3 故障處理

為了解決箱沿螺栓發(fā)熱的問(wèn)題，首先將發(fā)熱較為嚴(yán)重的這兩個(gè)箱沿螺栓拆除，對(duì)螺孔附近箱蓋上的油漆進(jìn)行清理打磨，然后在箱沿上下跨接一根60mm×6mm的銅排，同時(shí)將墊片1更換為絕緣墊片，將墊片2更換為導(dǎo)電率較高的銅墊片，實(shí)現(xiàn)將油箱上、下沿短接的效果，使電流從短接銅排流過(guò)，電抗器跨接短接銅排設(shè)計(jì)圖如圖5所示，電抗器跨接短接銅排實(shí)物如圖6所示。

圖5 電抗器跨接短接銅排設(shè)計(jì)圖

圖6 電抗器跨接短接銅排實(shí)物

利用鉗形電流表分別測(cè)量流過(guò)1號(hào)螺栓短接銅排的電流是14A，流過(guò)2號(hào)螺栓短接銅排的電流是39A。經(jīng)過(guò)大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)這兩個(gè)箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)2號(hào)螺栓的溫度已經(jīng)和其他螺栓的溫度接近，大約50℃。而1號(hào)螺栓的溫度仍然較高，大約93℃，跨接短路排12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像如圖7所示。

圖7跨接短路排12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像

由此可見(jiàn)在增加短接銅排及更換墊片之后2號(hào)螺栓溫度過(guò)高的問(wèn)題已經(jīng)解決，1號(hào)螺栓溫度仍然過(guò)高。觀察后發(fā)現(xiàn)，1號(hào)螺栓距離電抗器B相較近，可能是B相引線漏磁產(chǎn)生渦流導(dǎo)致1號(hào)螺栓過(guò)熱。

用同樣大小規(guī)格的反磁鋼螺栓替代溫度過(guò)高的1號(hào)螺栓，經(jīng)過(guò)大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)1號(hào)螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，其溫度下降至63.2℃左右，采用反磁鋼螺栓12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像如圖8所示。由此可見(jiàn)，1號(hào)螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流造成螺栓過(guò)熱，更換成反磁鋼螺栓后，使穿過(guò)箱沿螺栓的漏磁通的大小和分布發(fā)生了變化，溫度下降比較明顯。

圖8反磁鋼螺栓12h后1號(hào)螺栓熱成像

停電檢修時(shí)，將整個(gè)電抗器的箱沿螺栓通過(guò)力矩扳手整體緊固，使得漏磁經(jīng)過(guò)油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個(gè)箱沿螺栓流過(guò)。電抗器帶電后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)所有箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，溫度顯示基本在49～52℃左右。

?4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)此次對(duì)電抗器箱沿螺栓過(guò)熱問(wèn)題的處理，總結(jié)以下處理類(lèi)似問(wèn)題的方法：

1）所有箱沿螺栓要經(jīng)過(guò)力矩扳手緊固，使得漏磁經(jīng)過(guò)油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個(gè)箱沿螺栓流過(guò)。

2）將因渦流引起過(guò)熱的螺栓更換成截面積較大的螺栓或者換以低磁鋼、反磁鋼螺栓，可以降低螺栓的磁通密度，提高散熱效果。

3）將因短路電流引起過(guò)熱的螺栓與箱沿絕緣，用導(dǎo)電率較高的銅排、銅導(dǎo)線或者硅鋼片將其短路或者接地，使短路電流通過(guò)銅排或者銅導(dǎo)線流過(guò)。類(lèi)似的方法還包括在溫度較高的箱沿螺栓外側(cè)焊接導(dǎo)流件。

本文編自2021年第8期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“高壓電抗器箱沿螺栓過(guò)熱問(wèn)題分析及處理”，作者為張少鵬、王團(tuán)結(jié) 等。