技术前沿
2019.18 电力系统装备丨221
Technology Frontier
2019年第18期
2019 No.18
电力系统装备
Electric Power System Equipment 随着社会经济的不断发展和用电负荷的持续增加，我国电网系统规模不断扩大，电抗器作为限制短路电流、补偿无功损耗和调节相位的电感性高压电器，在电力系统中得到普遍应用[1]；而干式空心电抗器由于具有结构简单、线性度好、起始电压分布均匀、噪声小及安装维护方便等优点，已在国内外变电站中得到了广泛使用。但由于空心电抗器无铁芯，内部不能形成闭合磁回路，导致
运行时产生的强磁场发散严重，成为变电站内电磁污染的主要来源，不但对周围电气设备产生影响，而且对职业暴露存在潜在的危害[2]，是环境保护和电力行业共同关心的问题。
本文在介绍了电抗器的结构和常见应用场合的基础上，详细分析了空心电抗器磁场分布，并结合实例讨论分析了环流和涡流带来的影响，在此基础上提出了空心电抗器磁场防护措施以及减少磁场职业暴露方法。1 空心电抗器结构和主要作用
1.1 空心电抗器的结构
空心电抗器本质上是电感线圈，一般由多个同轴绕组包封组成，如图1所示。电抗器线圈由绝缘的多个并联小截面铝导线组成，其外部由玻璃纤维包封。线圈内部没有电气接头，其全部的接头焊接到特制的星形接线板上。星形架另外也起压紧线圈的作用，以保持空心电抗器较高机械强度和稳定性。干式空心电抗器没有铁芯，其具有重量轻、电感特性好、损耗小、参数稳定及噪声小等优点，在变电站中应用普遍。按照安装方式不同，空心电抗器有三相叠装或两相叠装一相单
装、水平一字形、品字形等方式。
1
2
3
1－气道；2－包封；3－星形架图1 干式空心电抗器结构图
1.2 空心电抗器的主要作用
电抗器作为无功调节设备，在变电站中主要用于以下几个方面[3]：（1）限流，即限制短路电流不超过限值，与变电站馈线串联的限流电抗器，若某一出线发生外部短路故障，串入的电抗器可以限制短路电流。另一方面可以使母线电压不致降低太多而影响电能质量。（2）与电容器组串联的阻尼电抗器，限制电容器组合闸和开断瞬间的瞬态电流冲击。（3）与电容器相结合而组成滤波回路。空心电抗器作为电感元件，无铁芯，其磁路主要由非铁磁材料构成。磁路磁导率为常数，不随负载电流大小而变化，空心电抗器的电感值稳定。2 空心电抗器磁场影响分析
空心电抗器通于工频电流运行时电流较大，由电磁感应定律可知，其线圈上下及周围空间存在较强的交变磁场。由于没有铁芯，其磁通路径为电抗器本体内的空气和导线、上端部空气、外表面以外的空气、下端部空气，再回到电抗器内。由于
［摘 要］空心电抗器产生的强磁场漏磁严重，是变电站内电磁污染的主要来源，对周边电气设备的稳定运行和施工作业均构成安全隐患。本文在简单介绍了空心电抗器结构的基础上，详细分析了空心电抗
器漏磁给周边设备、回路及职业暴露带来的影响，并提出了相应改善措施。［关键词］空心电抗器；工频磁场；漏磁；磁场暴露［中图分类号］TM76 ［文献标志码］B ［文章编号］1001–523X （2019）18–0221–02
Study on Magnetic Field Influence and Protection of Substation Air Core Reactor
Fan De-he ，Yu Zhong-chao
［Abstract ］The strong magnetic field generated by the air core reactor has serious magnetic leakage, which is the main source of electromagnetic pollution in the substation. It poses a safety hazard to the stable operation and construction of surrounding electrical equipment. Based on a brief introduction of the structure of the air-core reactor, the effects of leakage flux of the air-core reactor on peripheral equipment, circuits and occupational exposure are analyzed in detail, and corresponding improvement measures are proposed. ［Keywords ］air core reactor ；power frequency magnetic field ；magnetic flux leakage ；magnetic field exposure 变电站空心电抗器磁场影响及防护研究
范德和，余仲潮
（广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山 528400）
3 结论与建议
运行期间相应地下水位监测成果则较好地反映了输水系统正常运行情况下结构所处的一种常态状况。监测成果分析表明，惠蓄电站输水系统结构性态正常。
任何一种工程的安全都需要以经常性的维护来保证，尤其要对运行过程中发现的工程问题进行及时处理。因此要对工程保证日常仪器观测和现场人工巡视检查。
惠蓄电站输水隧洞是深埋于地下的高压隧洞，若在运行过程出现问题必然使内水向山体渗透，会改变洞周岩体的渗流场，引起地下水位升高，这样只要通过观测隧洞沿线或相应渗流薄弱部位的地下水位变化情况即可发现工程问题，以便及时采取工程处理措施。测压孔是一种长效、直观、可靠的地下水位观测设施，对于因种种原因失效的地下水位观测
孔水位监测传感器，应恢复起来。同时，在历史监测成果分析及排水后洞内检查的基础上，结合相应工程地质条件，可研究增加地下水位和渗流量监测措施。
参考文献
[1] 冯永冰.水工高压隧洞性状分析[D].杭州：浙江大学，2004.[2] 王小军.高水头引水隧洞衬砌结构非线性有限元分析[D]：西安：西安理工大学，2010.[3] 侯靖，胡敏云.2001.水工高压隧洞结构设计中若干问
题的讨论[J].水利学报，2001（7）：36-40.[4] 张巍，黄立财，陈世玉.2008.高压钢筋混凝土隧洞透水衬砌设计理论的进一步研究[J].广东水利水电，2008（9）：1-4，18.[5] 宋春华，黄立财，陈世玉.2008.惠州抽水蓄能电站高压岔支管防渗及排水系统设计[J].广东水利水电，2008（7）：
24-26.
技术前沿
222丨电力系统装备 2019.18
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2019年第18期
2019 No.18
电力系统装备
Electric Power System Equipment
空气和导线的导磁率相差无几，造成磁通在整个区域的流通机会是均等的，导致空心电抗器漏磁严重，在周边将产生强交变磁场。处于近电抗区域内范围内的闭合环路将产生环流，而且处于变化磁场内的导体也会产生涡流。涡流和环流的存在将使损耗增加，改变了空心电抗器磁场的分布，影响电抗器的运行。
2.1 漏磁造成围网构架发热
空心电抗器强磁场范围内的导电材料若形成闭合环路（如封闭围网、金属构架、接地线等构成的回路），漏磁场将在闭合环路产生环流。2016年12月，在中山地区某110 kV 变电站运维人员对新投运的空心电抗器巡视红外测温时，发现运行中的电容器串联电抗器附近的围网构架角钢发热严重，温度超过90℃，远高于其他部位温度，围网测温图像如图2，3所示，电容器组具体测温数据如表1所示。根据文献[4]电流致热型设备过热缺陷判断依据，热点温度大于90 ℃，该隐患将构成严重缺陷。随后，工作人员在对电容器组围网构架角钢发热处进行了检查，发现用于断开金属围网架构环路的角钢连接处绝缘垫片过薄，导致围网和另一侧凹凸不平角铁构架略有接触，在空心电抗器周围形成闭合回路。空心电抗器通流时通过电磁感应原理产生感应电流，导致金属围网架构的角钢
连接处发热严重。
图2 空心电抗器周边发热围网
90.88℃
reactor technology18.44℃lr2
9080706050403020图3 空心电抗器周边围网测温红外图像
表1 设备测温记录
测量部位
测量温度/℃负载电流/A
导电排接触部位A/B/C 相32/33/32272电抗器线圈本体A/B/C 相
50/49/49272围栏构架
91
272
注：环境温度为15℃
2.2 漏磁造成保护装置告警
2013年07月，工作人员在中山地区某500 kV 变电站工作
时发现该站处于分闸位置的35 kV 空心电抗器#5电抗324开关遥测显示三相有电流：A 相8 A 、B 相8 A
、C 相6 A ，#5电抗器保护装置发出CT 断线信号和报警闭锁信号。经过现场勘查，发现#5电抗324开关CT 回路测量组和保护组CT 电缆存在多点接地现象，在#5电抗端子箱的电缆封堵处发现电抗中性点CT 的A 相和C 相电缆的电缆接头处被严重烧焦，电缆外皮及电缆芯绝缘层均已被高温碳化。
由于电缆屏蔽层普遍采用两点接地的方式，烧焦的两根电缆一头接地点在端子箱，另一头接地点在电抗器中性点CT 接线盒，整根电缆穿越电抗器漏磁严重区域，屏蔽层与地网构成了一个闭合环路。在空心电抗器强磁场的作用下产生了很强的感应电流，由于闭合环路电阻值分布不均匀，在接触电阻较大的薄弱环节（例如：电缆屏蔽层与接地线的焊接处、
接地线与接地铜排的压接处）出现局部高温，将电缆烧毁。原理如图4所示。
图4 感应电流示意图
2.3 漏磁对职业人员的影响
空心电抗器如果漏磁严重，将对周边的电磁环境造成影
响，对职业暴露构成潜在的危害，因此1998年4月 ICNIRP （国际非离子辐射防护委员会）正式提出了职业暴露限值[5]。我国对工频电磁场的磁场强度基本限值做了如下规定：一般民众为 100 μT ，职业人员为 500 μT 。而目前对中山地区变电站空心电抗器工频磁场检测发现，部分变电站的35 kV 空心电抗
器磁场强度为1000 μT ，远超基本限值。因此变电站作业人员在运行的空心电抗器周边工作时，应适当注意保持与电抗器的距离，减少停留时间，减少职业暴露带来的危害。3 防护措施
针对以上问题，空心电抗器漏磁引发的各类隐患不容忽视，现从变电站设计、安装施工及日常维护等方面提出几点防护措施。
空心电抗器周边设备及构件应满足空心电抗器周围磁场磁净空距要求：（1）在距离电抗器中心小于2倍电抗器直径的周边及垂直范围内，金属闭环不得存在。（2）电抗器中心与周边金属围栏及其他导电体的距离应不小于电抗器外径的1.1倍。（3）三相水平安装的电抗器间的最小中心距离应不小于电抗器外径的1.7倍。
空心电抗器安装时其底部的接地线不能形成闭合回路，与地网应直接明连接，不能通过其他设备外壳或构架连接，不能形成闭合磁路。电抗器安装时，其水泥基础内预埋的地脚平铁等金属制件不得形成闭合回路；水泥基础内不得有封闭钢筋，以免形成环流和发热。电抗器围栏必须开路，围栏距空心电抗器距离应满足磁净空距要求。
强磁场区域的闭合金属，如铁材质的金属会产生涡流，造成损耗和金属发热。空心电抗器周边的支撑座和连接螺栓等零配件，应采用非磁性材质金属材料，避免涡流损耗造成空心电抗器周边构件过热。
针对空心电抗器周边磁场强度超标造成职业暴露问题，有条件的地区可在电抗器旁架设防护体以改善职业暴露区磁场分布，减少职业暴露区磁场强度，为职工安全作业提供保障。4 结语
空心电抗器由于自身结构的原因，造成其磁场漏磁严重，作为变电站运检人员，应重视空心电抗器漏磁带来的影响，减少电抗器磁场周围的闭合回路，从而减少环流带来的发热及损耗，保障设备的安全稳定运行。同时在空心电抗器周边作业时，应注意把握工作节奏，减少在强磁场环境的职业暴露时间。
参考文献
[1] 房金兰.我国电力电容器及无功补偿装置制造技术的发展[J].电力电容器，2006，27（5）：1-6．[2] 高攸纲，张苏慧.电磁辐射的生物效应[J].安全与电磁兼容，2002（6）：49-52.[3] 李树田.干式空心电抗器的作用和使用寿命[J].电气开关，2006（3）：52-54.[4] D L/T 664-2016.带电设备红外诊断应用规范[S].
[5] H J/T24-1998.环境保护行业标准 500 kV 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范[S].
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