一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法与流程

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，特别是涉及干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法。

背景技术：

干式空心电抗器一般由几个到十几个包封并联构成，每一个包封又由多股电磁线并行绕制而成，即一台干式空心电抗器设备的电气拓扑为一个成千上万匝的电抗线圈。当干式空心电抗器的某几匝或者几十匝线圈出现或者存在绝缘缺陷时，现场目前开展的常规电气试验难以判定其是否存在匝间绝缘缺陷，因此随着设备绝缘缺陷的发展和扩大，常导致干式空心电抗器设备着火事故的发生。干式空心电抗器发生匝间短路后，其短路环内的电流很大，极端情况下可达到正常运行电流的数倍，因此极易在数秒内引起线圈起火、自焚。由于匝间绝缘缺陷导致的事故原因占干式空心电抗器总事故原因的90％，若不能及时发现匝间绝缘缺陷，干式空心电抗器失火事故对变电站造成的恶劣影响和经济损失则无法估量。

基于高频脉冲振荡法的匝间过电压试验装置，使用电力电子器件igbt代替了传统的球隙放电间隙，装置的安全性和可靠性大幅度提升。因此，将匝间过电压试验由实验室引入到了电力现场，在现场干式空心电抗器匝间绝缘缺陷诊断方面起到了不容小觑的作用，解决了在运干式空心电抗器匝间绝缘缺陷现场诊断的技术难题，大大降低了干式空心电抗器失火等事件的发生。

但是，仅仅借助高频脉冲振荡法的匝间过电压试验装置判定被测干式空心电抗器是否存在匝间绝缘缺陷是远远不够的，只有在明晰匝间绝缘缺陷缺陷的具体位置后，借助干式空心电抗器本体拆解的方式，才能从根本上确定导致干式空心电抗器出现匝间绝缘缺陷的根本原因，进而才能从干式空心电抗器设备的设计、制造和运维等方面提出提高设备生产质量和运行稳定的有效方法。

因此需要提供一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明公开了一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法，其特征在于，所述查找方法包括以下步骤：

步骤1：进行现场匝间过电压试验，确定干式空心电抗器是否存在匝间绝缘缺陷，如果高、低压试验波形的相位发生明显偏移(gb/t1094.6图g.1中给出的判断判据)，表明被测干式空心电抗器存在匝间绝缘缺陷，执行步骤2，如果高、低压试验波形的相位未发生偏移，干式空心电抗器无缺陷结束执行所述查找方法；

步骤2：在额定电流下测量干式空心电抗器的介损值，将当前温度下测量的介损值折合至参考温度75℃(gb/t1094.6-2011电力变压器第6部分：电抗器第7.8.1条：测量值应修正到额定电流和参考温度下)，与出厂损耗测试值进行对比计算偏差值；

步骤3：包封层直流电阻测试值测试，并与设计理论值进行对比，计算二者的偏差值，如果包封层直流电阻测试值偏差大于±5％执行步骤8，否则执行步骤4；

步骤4：利用包封损耗测试确定问题包封，在额定电流下测量包封损耗值将当前温度下测量的包封损耗值折合至参考温度75℃(同步骤2所述)，与出厂损耗测试值进行对比计算偏差值，如果包封介损值偏差大于±5％执行步骤8，否则执行步骤5；

步骤5：利用外施电流加速匝间绝缘劣化；

步骤6：降低外施电压值为零，测量干式空心电抗器的电感值，与出厂测试值进行对比，如果所测量电感值与出厂测试值偏差大于10％执行步骤7，否则执行步骤5；

步骤7：再次在额定电流下测量干式空心电抗器介损值和包封损耗值，并将干式空心电抗器介损值和包封损耗值折合至参考温度75℃(同步骤2所述)，与步骤2中的干式空心电抗器介损值和步骤4中的包封损耗值进行对比，如果没有缺陷执行步骤8，否则判定缺陷存在的包封位置，拆除已确定存在缺陷的问题包封并执行步骤5；

步骤8：进行温升试验，升高外施电压值，直至干式空心电抗器的外施电流值无法升高为止，在温升试验过程中，依据红外热成像温度分布图及其灼烧冒烟位置，判定缺陷具体位置；

步骤9：拆解问题包封，确定匝间绝缘缺陷，以便后续分析其缺陷成因。

优选地，所述步骤1利用基于高频脉冲振荡法的匝间过电压试验装置进行所述现场匝间过电压试验。

优选地，所述步骤5快速升高外施电压值，在外施电流值大于额定电流后，保持该试验电流值恒定。

优选地，所述步骤5试验电流值保持时间由被测试干式空心电抗器匝间绝缘缺的严重程度决定，匝间绝缘缺陷越严重，其外施电流值越低，施加时间越短。

优选地,所述步骤7还判断过流试验是否加速了其它微小绝缘缺陷的劣化进度，如果发现其它微小绝缘缺陷，说明匝间绝缘缺陷位置不止一处，需拆除已确定存在缺陷的问题包封并执行步骤5。

优选地,所述步骤8温升试验，试验过程中依据红外热成像温度分布图判定缺陷位置，该位置为步骤9包封拆解确定拆解位置，试验过程中，若干抗的某一包封出现自燃冒烟现象，冒烟位置便为缺陷所在具体位置。

本发明公开的干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法具有以下有益效果：

1.基于高频脉冲振荡法的匝间过电压试验可以定性判断干抗是否存在匝间绝缘缺陷，但是导致干抗出现匝间绝缘缺陷的原因很多，涉及设备配件设计不当、施工安装或焊接不到位、运行过程中应力释放等多方面，因此本发明明确干抗匝间绝缘缺陷的具体位置后，根据绝缘介质的形貌特征探究缺陷成因，提高了干抗设备生产质量和运行稳定。

2.本发明借助匝间过电压、干抗损耗、包封层直流电阻、包封损耗、过电流加速、电感量和温升等测试试验，及干抗设备本体拆解的方式，提出了一种干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置查找的方法。

3.本发明在遵循现有的电气试验标准的基础之上，并不拘泥单一的试验形式，也不仅仅依赖单台干抗设备的整体试验结果，而是依据上一步的试验结果，指导下一步应该选用的试验项目，按照干抗整体是否存在匝间绝缘缺陷、缺陷在哪一个包封、缺陷具体位置(冒烟位置)的查找逻辑，逐步逐层次有条理地确定了匝间绝缘缺陷的位置。同时，该方法不单单适用于干抗单一缺陷位置的查找，其试验流程同样满足多处缺陷位置的查找。

4.电力行业相关从业人员便可根据本发明的试验步骤准确找到干抗的匝间绝缘缺陷位置。进而在此基础之上，更好的开展设备设计、制造工艺、材料属性及其改性等方面的研究，从源头处将匝间绝缘缺陷无故发生(由于方法的缺失，当前难以明确干抗失火的具体成因)而导致的失火事件斩断，为干抗设备安全稳定运行提供基本保障。

附图说明

图1是干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置的查找方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置查找的方法的技术方法的具体步骤：

1)匝间过电压试验。干抗是否存在匝间绝缘缺陷的定性判定。利用基于高频脉冲振荡法的匝间过电压试验装置，按照gb/t1094.6-2011电力变压器第6部分：电抗器的要求，进行被测干抗的匝间过电压试验，判断其是否存在匝间绝缘缺陷。如高、低压试验波形的相位发生明显偏移(根据gb/t1094.6图g.1中给出的判断判据)，表明被测干抗存在匝间绝缘缺陷，即没有通过试验，则需要结合下述试验确定缺陷位置；若高、低压试验波形的相位未发生，干抗无缺陷，可继续运行。

2)干抗损耗测试。在额定电流下测量测试干抗的介损值(记录测量时的环境温度)，将该温度下的测量值折合至参考温度75℃，与参考温度75℃时的出厂损耗测试值对比，计算二者的偏差值，并记录该数据备用。

3)包封层电阻测试。利用层直流电阻测试方式，查找存在绝缘缺陷的干抗包封。拆解被测干抗焊接与上下星臂的电磁线，逐个包封、逐层进行直流电阻值的测试，即包封层直流电阻测试。将测量所得的各层直阻实测值与其理论设计值对比，计算二者的偏差值来判定问题包封位置。结合多台干抗的缺陷查找经验，一般层直流电阻值偏差大于±5％，则认为该测试值对应的包封应该存在匝间绝缘缺陷。

4)包封损耗测试。利用包封损耗测试确定问题包封。在额定电流下逐个包封测量其损耗(记录测量时的环境温度)，将该温度下的测量值折合至75℃(同2)，与75℃时的出厂损耗测试值对比，计算二者的偏差值来判定问题包封位置。结合多台干抗的缺陷查找经验，一般包封介损值偏差大于±5％，则认为该包封可能存在匝间绝缘缺陷。此时，结合层直流电阻值便可基本判定缺陷存在具体哪一个包封。

此外，步骤3)测试试验后，如层直流电阻测试值偏差较大(大于±5％)，则可判定问题包封位置，否则需在借助步骤4)试验再次判定。

如果步骤4)中包封介损值偏差也较小(不大于±5％)，则需借助步骤5)的过电流试验加速匝间绝缘的劣化过程。

5)过电流加速劣化过程。利用恒定电流长时间作用加速匝间绝缘劣化。以较快的速度升高外施电压值，在外施电流值大于额定电流后，保持该试验电流值一段时间。该外施电流值建议为1.1-2.0倍的额定电流值，多次试验结果表明，该外施电流值由干抗缺陷的严重程度决定，人为难以控制到具体的某一数值；匝间绝缘缺陷越严重，其外施电流值越低，可施加时间越短。

值得说明的是，干式空心电抗器过流保护的整定值为其额定电流的1.5-2.0倍，该整定值可以有效的保护外部相间短路和单相电抗器首末端短路；即实际运行中，1.5-2.0倍额定电流的过流冲击不应导致绝缘劣化问题。即：如干抗设备的电气参数发生了变化，则说明干抗设备自身就存在缺陷。

6)干抗电感值测试。降低外施电压值为零，测量干抗的电感值，并于出厂测试值比对，若测试时测量仪器所示的电感值一直波动、难以稳定，或者所测量电感值下降明显(如下降10％之多)，可判定过流冲击试验增加了原有绝缘缺陷的劣化程度；亦可能促进了其他微小缺陷的加速劣化，导致其绝缘缺陷提早暴露。如电抗值变化不甚明显，则重复步骤5)直至电抗值出现步骤6)所述情况。

7)干抗和包封损耗再次测试。再次在额定电流下测量干抗和包封的损耗值，将测试值折合至参考温度75℃后，与2)干抗损耗测试值或者4)包封损耗测量值对比，利用二者偏差值判定缺陷存在的包封位置(具体位于哪一个包封)，同时可判断过流试验是否加速了其它微小绝缘缺陷的劣化进度。

8)温升试验。升高外施电压值，至干抗的外施电流值再无法升高为止。由于此时设备损耗已经偏高，外施电流难以升高，故而在可升高的最大电流作用下(或接近该值)进行温升试验。试验一段时间后，一般为数分钟，可借助红外热成像仪俯位测试干抗的温度分布情况，从而依据红外热成像温度分布图，判定缺陷位置。试验过程中，若干抗的某一包封出现自燃冒烟现象，需及时认为终止试验，以防止着火事故发生，同时可唯一确定缺陷位置。

9)拆解问题包封，确定缺陷位置。以温升试验中冒烟位置的对侧母线作为切割位置，观察冒烟位置的玻璃纤维绝缘层的颜色是否变为灰色、褐色或者深褐色(明显区别于玻璃纤维层外表面颜色)，该位置便为缺陷位置。剥开外侧玻璃纤维绝缘层，观察玻璃纤维绝缘侧内部玻璃纤维布和电磁线的状态，是否存在纤维布湿润、电磁线烧熔断裂等异常情况，以便下一步探究干抗设备匝间绝缘缺陷的成因。

10)多个缺陷位置的重复查找。拆除已确定缺陷位置的问题包封，重复步骤5)-9)即可。

在一实施例中，干式空心电抗器匝间绝缘缺陷位置查找方法的过程为：

1)匝间过电压试验。根据gb/t1094.6附录g，以160kv为匝间过电压试验外施试验电压值，85kv作为低压标定试验电压值，对某干抗进行了基于高频脉冲振荡法的匝间过电压试验。高、低压波形相位明显偏移，表明该干抗存在匝间绝缘缺陷。

2)干抗损耗测试。某干抗在额定电流下的损耗测量值为8.81kw，出厂试验值为7.82kw，偏差百分比为12.7。该台干抗损耗明显增加，证实其存在匝间绝缘缺陷。

3)直流电阻测试。某干抗整体直流电阻测试结果未见异常。拆解该干抗焊接与上下星臂的电磁线，逐个包封、逐层测试直流电阻值，各层直阻的理论设计值和实测值见表1；表中，包封编号由内至外分别为1、2、3和4。

表1直流电阻测试结果

表1中，除包封2第1层(包封最内层)测量值无穷大、包封1第1层测量偏差为-6.1％外，其余各层直阻最大偏差不超过-5.3％。据此，判断2号包封最内层存在绝缘缺陷。1号包封疑似存在绝缘缺陷，由于偏差值较小，需要进一步试验辅助判定。

4)过电流加速劣化过程。为找出缺陷位置，逐采用恒定电流长时间作用加速匝间绝缘劣化的方法。较快速的升高外施电压值，在外施电流值增加至200a后(约1.2倍额定电流)，试验装置跳闸。合闸后再次升压，外施试验电流值无法增加值至额定值。降压测量干抗电感值，与出厂时55mh的电感值相比，实测值下降10％之多，且测量时电抗数值一直波动。根据上述试验现象，推测过流冲击可能增加了原有绝缘缺陷的劣化程度；亦可能促进了其余微小缺陷的加速劣化，导致其绝缘缺陷提早暴露。

5)损耗测试二次测试。额定电流下损耗测量值为37.7kw，损耗增加了4.3倍。推测该干抗应该存在多处微小绝缘缺陷，过流试验加速了该类缺陷的劣化进度。

6)温升试验定位。由于该干抗损耗偏高，外施电流难以升高，故而在89a电流作用下进行了温升试验。外施电流作用3分钟后，1号包封冒烟。为保证试验安全，降压、人为终止了试验。红外热成像温度分布图显示，1号包封上端约15cm处出现高温带，最高温度48.8℃，其温度分布符合匝间短路后的温度分布特性。

7)以温升试验中冒烟位置的对侧母线作为切割位置。拆解1号包封后，可见缺陷位置距离包封上端15cm处，剥开外侧玻璃纤维绝缘层后，多根电磁线已烧熔断裂。1号包封内壁存在多处肉眼可见的细小缝隙。切割至2号包封，在距离包封上端约30cm处，包封内壁某处绝缘层呈深灰色。剥离该处绝缘层后，电磁线与玻璃纤维绝缘层内表面均有明显放电碳化痕迹。而且，接触面所包覆的玻璃纤维布已与电磁线脱离，手指触碰有湿润感。3、4号包封拆解后未见异常。

结合1、2号包封拆解后的形貌特征，分析可知：该干抗在玻璃纤维丝横向绕制过程中，由于玻璃纤维布浸润性较差，难以与玻璃纤维丝融合为一个整体，致使其轴向抗撕裂能力不足，出现了玻璃纤维绝缘层开裂及与电磁线剥离的现象。因为材料和工艺的限制，干抗投运后包封内表面逐渐出现多处不同程度的开裂现象，运行受潮后导致绝缘劣化，进而引发了匝间绝缘缺陷或者绝缘隐患问题。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。