在寒冷地区，干式空心电抗器常面临低温冰冻等环境，绝缘性能受到影响。黑龙江电科院组织研究团队开展电抗器绝缘材料、结构及状态评估等工作，为干式空心电抗器在低温环境下安全稳定运行提供技术支撑。

干式空心电抗器是一种用于无功补偿、保证输配电系统电压稳定的设备，广泛应用于各级变电站。在我国东北地区，冬季漫长且寒冷，低温及较大的温差给干式空心电抗器的绝缘性能带来了严峻的考验。为此，国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院组织研究团队开展寒冷地区干式空心电抗器绝缘失效机理及可靠性提升关键技术研究，为干式空心电抗器在低温环境下安全稳定运行提供技术支撑。

新型复合材料提升电抗器抗开裂性能

由于绝缘材料的特点和设备结构的特殊性，现有干式空心电抗器难以克服包封绝缘材料开裂、包封环流等问题，这是它成为变电站中故障率较高设备的主要原因。“我们系统分析了近5年来的干式空心电抗器故障，发现在寒冷地区冷热交替、大温差环境中，电抗器包封绝缘材料更容易因剧烈的热胀冷缩而开裂，出现不同程度的微裂纹，影响电抗器的服役寿命。”研究团队负责人张健介绍。

研究团队决定首先解决包封绝缘材料开裂的问题。“传统干式空心电抗器的包封绝缘材料主要为环氧浸渍玻璃纤维复合材料，由于线圈金属与无机材料的热膨胀系数不同，在大温差运行环境下，包封绝缘材料容易开裂。我们要研制出一种新的绝缘材料来解决开裂问题。”张健说。

2023年3月，研究团队开始研究包封绝缘材料。经过对多种试验材料的比对，研究团队最终确定以环氧树脂为基体，以无碱玻璃纤维布为增强体，以环氧端基液体丁腈橡胶、三氧化二铝为填充物的新型复合材料配方体系。

随后，研究团队研制出了新型复合材料试样，并依托哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室开展了材料电气性能、机械性能及热性能试验验证。试验结果表明，新型复合材料在抗开裂性能上有了显著提升，能够有效解决寒冷地区大温差环境下的绝缘失效问题。

创新设计方法解决包封间环流问题

“我们的最终目的是要制备全新的干式空心电抗器样机，研发新型复合材料只是第一步，第二步要解决包封环流问题。”张健说。

传统干式空心电抗器采用多层线圈并联的方式设计。对于大容量的干式空心电抗器，各包封内的绕线不等高、线规规格不同，使得厂家制作的干式空心电抗器的结构无法与设计单完全一致，实际生产出的各包封中的感应电动势不平衡造成电流重新分配，导致环流，引发局部包封过热问题。

研究团队从最基本的电磁结构设计入手。根据现有干式空心电抗器的结构，他们开展理论分析和数值建模计算，结合现场电气试验和机械试验数据，以降低干式空心电抗器运行温升为目标，创新提出采用单一线规、等长绕制、空间结构对称的干式空心电抗器电磁结构设计方法。

基于多物理场校核，研究团队采用整匝优化、强化匝间绝缘、弱化包封绝缘的结构设计方式，自主开发了电磁优化设计软件和工艺工装，避免了包封间环流引起的局部温升过高现象，提高了户外干式空心电抗器长期运行的可靠性。

经过技术攻关与现场试验，2024年9月，研究团队研制出35千伏/20兆乏干式空心电抗器。该设备于今年1月18日通过型式试验，并于1月24日挂网运行。

绝缘状态智能诊断装置及时发现电抗器缺陷

“以往，电抗器故障诊断装置在故障发生后才能诊断。”张健说，“我们希望能在故障发生前就发现缺陷，便决定研发干式空心电抗器绝缘状态智能诊断装置。”

研究团队从理论上进行全方位论证，分析了电气和非电气共7种检测方法，最终根据频率响应理论建立了干式空心电抗器高频分布参数等值模型。“如果仿真结果与理论分析一致，就可以认为这种设计方案具有可操作性。在理论论证的基础上，我们在实验室中搭建出干式空心电抗器缺陷模型，并研制故障诊断装置。”张健介绍。

研究团队研发了高频方波逆变信号激励装置，实现伪梯形波信号输出，解决了高频下电压过低、信号衰减的问题，还建立了干式空心电抗器故障特征识别比对数据库。在试验中，他们检测了有匝间短路、过热老化等故障的66千伏电抗器典型试验样品。检测结果显示，谐振频率偏移量的有效识别精度可达1%，缺陷及故障可被准确识别，且与仿真结果相同。研究团队还对某电抗器厂家生产的10千伏至66千伏多型号电抗器开展了出厂检测和变电站运行现场检测，诊断结果均与电抗器实际缺陷相符，进一步证明了干式空心电抗器绝缘状态智能诊断装置的有效性。

目前，干式空心电抗器绝缘状态智能诊断装置已完成第三方检测，年底将进行现场测试。