技术干货：高压电抗器箱沿螺栓过热问题的分析及处理

技术干货：高压电抗器箱沿螺栓过热问题的分析及处理

高压电抗器箱沿螺栓过热是威胁电抗器安全运行的因素之一。西安热工研究院有限公司的研究人员张少鹏、王团结、郭沛、杨志龙，在2021年第8期《电气技术》撰文，分析了引起电抗器箱沿螺栓过热问题的可能原因，通过对某海上风电场海上升压站电抗器箱沿螺栓过热实例的分析，正确判断出螺栓过热的原因并提出有效的解决方案，消除了螺栓过热的问题，最后总结了类似变压器、电抗器箱沿螺栓过热问题的处理方法。

大型海上风电场通过长距离海缆接入电网，空载时容易引起海缆末端电压过高造成海缆供电损耗大、同期困难，轻载时容易使线路首端电压高于电源电势造成工频过电压，因此在海缆末端安装并联电抗器可改善长距离海缆上的电压分布。

运行中的电抗器箱沿螺栓发热，其热量会传递到箱沿与密封圈上，一方面会造成局部密封圈老化从而造成漏油，另一方面会促进电抗器油分解，产生气体，引起瓦斯或者压力释放阀保护动作，迫使高压电抗器退出运行，影响电网可靠运行。

1 箱沿螺栓发热现象

某海上风电场海上升压站2号电抗器是沈阳特变生产，型号BKS—70000/220，容量70000kvar，额定电压230kV，额定电流176A，联接组标号YN，制造日期2019年7月。

在带电初期巡检时，用红外测试仪发现电抗器中性点侧靠近B相有两颗油箱连接螺栓温度分别为112℃（1号超温螺栓）、111℃（2号超温螺栓），其余螺栓温度分布大致在50℃，1号超温螺栓红外热成像如图1所示，两颗超温螺栓位置如图2所示。

2号电抗器满负荷运行，运行电压231.2kV，运行电流175.1A，电抗器本体油温1为47℃、油温2为49℃、绕组温度为52℃，后台监控监测油温、绕组温度及负荷电流运行稳定，无缓慢增长现象。

图1 1号超温螺栓红外热成像

图2 中性点侧靠近B相两颗超温螺栓位置

根据国家电力行业标准要求，电气设备与金属部件的连接热点温度大于110℃时，发热判断为紧急缺陷。如果不及时处理将会使密封胶垫局部老化，导致电抗器出现渗漏油、受潮甚至瓦斯保护动作等问题，严重影响2号电抗器的安全稳定运行。

2 原因分析

对电抗器取油样化验的结果与DL/T 722—2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》规程中要求的“判断运行设备油中溶解气体含量注意值”对比合格，由此可排除电抗器主磁回路故障引起的箱沿螺栓发热，详细对比结果见表1。

表1 油样化验结果与规程要求对比

通过红外成像仪进行拍摄跟踪、分析，基本确定螺栓过热的根本原因是漏磁引起的环流，其产生的电流流过连接螺栓导致发热。引起电抗器油箱与底座连接螺栓发热的原因一般是绕组和引线漏磁产生较大的电流，该电流可能是短路电流或者是涡流。

当箱沿螺栓过热是由较大的短路电流引起时，该电流可能是由于绕组或者引线漏磁（大多由于引线中的大电流产生的漏磁）在油箱与箱沿螺栓的回路中感应出的环流。由于高压电抗器油箱的上、下箱沿处在强磁场中，强磁场的磁通密度不同而使油箱的上、下箱沿感应的电动势不同，从而产生电位差，此时油箱上、下箱沿通过螺栓形成导电回路。电抗器的漏磁分布示意图如图3所示。

图3 电抗器的漏磁分布示意图

当箱沿螺栓过热是由箱沿螺栓内感应出较大的涡流引起时，电抗器的漏磁通穿过箱沿，由于电抗器箱沿螺栓相对于周边的空气磁阻较小，所以大多数磁通集中通过导磁相对较好的箱沿螺栓，如果螺栓局部磁通密度很大就会造成涡流，该电流可能造成螺栓过热，箱沿连接螺栓磁力线分布示意图如图4所示。

图4 箱沿连接螺栓磁力线分布示意图

3 故障处理

为了解决箱沿螺栓发热的问题，首先将发热较为严重的这两个箱沿螺栓拆除，对螺孔附近箱盖上的油漆进行清理打磨，然后在箱沿上下跨接一根60mm%uD76mm的铜排，同时将垫片1更换为绝缘垫片，将垫片2更换为导电率较高的铜垫片，实现将油箱上、下沿短接的效果，使电流从短接铜排流过，电抗器跨接短接铜排设计图如图5所示，电抗器跨接短接铜排实物如图6所示。

图5 电抗器跨接短接铜排设计图

图6 电抗器跨接短接铜排实物

利用钳形电流表分别测量流过1号螺栓短接铜排的电流是14A，流过2号螺栓短接铜排的电流是39A。经过大约12h的观察后再次利用红外测试仪对这两个箱沿螺栓的温度进行测量，发现2号螺栓的温度已经和其他螺栓的温度接近，大约50℃。而1号螺栓的温度仍然较高，大约93℃，跨接短路排12h后1号螺栓红外热成像如图7所示。

图7跨接短路排12h后1号螺栓红外热成像

由此可见在增加短接铜排及更换垫片之后2号螺栓温度过高的问题已经解决，1号螺栓温度仍然过高。观察后发现，1号螺栓距离电抗器B相较近，可能是B相引线漏磁产生涡流导致1号螺栓过热。

用同样大小规格的反磁钢螺栓替代温度过高的1号螺栓，经过大约12h的观察后再次利用红外测试仪对1号螺栓的温度进行测量，其温度下降至63.2℃左右，采用反磁钢螺栓12h后1号螺栓红外热成像如图8所示。由此可见，1号螺栓内感应出较大的涡流造成螺栓过热，更换成反磁钢螺栓后，使穿过箱沿螺栓的漏磁通的大小和分布发生了变化，温度下降比较明显。

图8反磁钢螺栓12h后1号螺栓热成像

停电检修时，将整个电抗器的箱沿螺栓通过力矩扳手整体紧固，使得漏磁经过油箱形成闭合回路后产生的电流均匀地从每个箱沿螺栓流过。电抗器带电后再次利用红外测试仪对所有箱沿螺栓的温度进行测量，温度显示基本在49～52℃左右。

4 结论

经过此次对电抗器箱沿螺栓过热问题的处理，总结以下处理类似问题的方法：

1）所有箱沿螺栓要经过力矩扳手紧固，使得漏磁经过油箱形成闭合回路后产生的电流均匀地从每个箱沿螺栓流过。

2）将因涡流引起过热的螺栓更换成截面积较大的螺栓或者换以低磁钢、反磁钢螺栓，可以降低螺栓的磁通密度，提高散热效果。

3）将因短路电流引起过热的螺栓与箱沿绝缘，用导电率较高的铜排、铜导线或者硅钢片将其短路或者接地，使短路电流通过铜排或者铜导线流过。类似的方法还包括在温度较高的箱沿螺栓外侧焊接导流件。

本文编自2021年第8期《电气技术》，论文标题为“高压电抗器箱沿螺栓过热问题分析及处理”，作者为张少鹏、王团结 等。