110kV某變電站電容式電壓互感器的故障分析

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 楊 斌 郭會(huì)永 齊 征 楊 彬 王 躍

1.引言

2013年5月，110kV某變電站所在區(qū)域天氣良好，該變電站無(wú)操作，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該變電站110kV5號(hào)母線電壓互感器A相二次側(cè)電壓值為0，B、C兩相電壓值正常，開(kāi)口三角處電壓顯示為102V。經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)后，運(yùn)行人員打算將110kV某變電站4號(hào)母線電壓互感器與5號(hào)母線電壓互感器并列運(yùn)行。當(dāng)并上4母線電壓互感器瞬間，4母線A相電壓互感器立即跳開(kāi)，隨即運(yùn)行人員，又將5母線電壓互感器退出運(yùn)行，并列4母線電壓互感器后，指示一切正常。本文對(duì)此電容式電壓互感器故障進(jìn)行詳細(xì)的闡述及分析。

2.現(xiàn)場(chǎng)情況概述

檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，首先對(duì)該110kV5號(hào)母線A相電容式電壓互感器(CVT)進(jìn)行了外觀檢查，無(wú)燒毀、無(wú)異味，但發(fā)現(xiàn)A相下油箱較B、C兩相下油箱溫度相比明顯偏高。后經(jīng)紅外測(cè)溫證實(shí)B、C相正常溫度為27℃，而A相溫度為36℃，高出其他兩相近10℃。紅外測(cè)溫圖譜如圖1、圖2、圖3所示。根據(jù)型CVT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，裝有C1和C2兩組電容器的瓷套與裝有電磁單元的油箱分別具有獨(dú)立的油室，油溫也屬正常。初步判斷C1和C2兩組電容器油室沒(méi)有過(guò)熱，或其他缺陷，A相下油箱內(nèi)部部件可能存在缺陷。

圖1 B、C相溫度正常為27℃

圖2 三相溫度對(duì)比A相溫度為36℃

圖3 A相下油箱溫度

圖4 TYD110/√3-0.02H型CVT電氣接線圖

3.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢查

首先，試驗(yàn)人員打開(kāi)N—N’之間連接片，進(jìn)行各部位絕緣電阻測(cè)試：測(cè)試結(jié)果如表1所示：

表1 各部位絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

從表中測(cè)試結(jié)果看出絕緣電阻值都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求<1000MΩ。然后，采用自激法[1]加壓2.5kV測(cè)試C1、C2電容量及tanδ，電壓升至0.3kV時(shí)二次電流劇增至20A，測(cè)試失敗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備顯現(xiàn)出的各種異常情況表明，設(shè)備內(nèi)部一定存在故障影響運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)就此為止，設(shè)備立即退出運(yùn)行，進(jìn)行更換。

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，得出下面幾個(gè)初步結(jié)論：

1)變電站監(jiān)控機(jī)電壓顯示數(shù)據(jù)來(lái)看A相電壓為0，開(kāi)口三角電壓顯示為102V，二次繞組絕緣均屬正常，且二次回路經(jīng)保護(hù)專業(yè)查找無(wú)回路上的問(wèn)題。所以排除二次繞組出現(xiàn)故障引起電壓升高的可能性。

2)從故障設(shè)備各個(gè)位置的絕緣電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果明顯偏低，采用自激法的正常接線方式(N點(diǎn)為高電位)測(cè)試C1、C2電容量及tanδ，不能正常進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，紅外測(cè)試顯示A相下油箱溫度異常。初步分析故障產(chǎn)生原因?yàn)椋?/p>

(a)C1、C2電容器單元存在擊穿故障；

(b)中間變壓器T一次或二次繞組存在首末端短路故障；

(c)下油箱內(nèi)部的避雷器、電抗器這兩個(gè)電氣元件存在缺陷。

4.故障原因分析

為進(jìn)一步查明故障原因，對(duì)該110kV5號(hào)母線電容式電壓互感器A相作進(jìn)一步細(xì)致檢查。

1)對(duì)設(shè)備的各二個(gè)繞組進(jìn)行了繞組的直流電阻測(cè)試[2]（因設(shè)備結(jié)構(gòu)的原因，一次繞組無(wú)法進(jìn)行測(cè)量）。同時(shí)，為了對(duì)比數(shù)據(jù)也將換下的正常相C相CVT進(jìn)行了測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 A相CVT二次繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)

2)對(duì)各個(gè)部位重新進(jìn)行了絕緣測(cè)試，絕緣電阻值均>1000MΩ。

3)采用正接線加壓10kV測(cè)試C1、C2串聯(lián)值，測(cè)試結(jié)果為：CX＝19770pF，tanδ=0.069%，額定電容量為19820pF，電容量偏差為-0.25%。

從上述各種高壓試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析看，由二次直阻測(cè)試結(jié)果和絕緣電阻測(cè)試結(jié)果分析二次繞組存在故障的可能被排除。其次，測(cè)試絕緣電阻時(shí)，各部位測(cè)試結(jié)果又與現(xiàn)場(chǎng)有很大差距，尤其N、X端數(shù)值>1000MΩ達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)要求值，造成前后兩種截然不同的測(cè)試結(jié)果。綜合考慮分析認(rèn)為：在4月份，由于該地區(qū)下過(guò)幾場(chǎng)中雨和陣雨，且程度都很大。設(shè)備所運(yùn)行的環(huán)境濕度非常大，再加上二次端子蓋密封不十分嚴(yán)密，會(huì)有潮氣進(jìn)入到二次接線端子盒內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)打開(kāi)二次端子盒時(shí)，又在午夜12時(shí)的時(shí)間，潮氣不能馬上散開(kāi)，造成了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，絕緣電阻低的假象。而在5月7日試驗(yàn)時(shí)，在二次開(kāi)蓋晾曬了2日潮氣散掉后，絕緣阻值恢復(fù)為正常狀態(tài)了。故排除了各個(gè)元件部位存在絕緣故障的可能性了。

通過(guò)電容器單元串聯(lián)的電容量測(cè)試，電容器C1、C2也不存在故障。這樣，故障問(wèn)題就指向了無(wú)法測(cè)量的勵(lì)磁單元（即一次繞組）和附屬電氣部件避雷器與電抗器。

通過(guò)再次仔細(xì)查看了下此類型CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，如圖5所示。

圖5 TYD110/√3-0.02H型CVT電氣接線圖

在結(jié)構(gòu)圖5中故障可能出現(xiàn)的范圍用紅圈標(biāo)出，內(nèi)有勵(lì)磁單元一次繞組、與一次繞組并聯(lián)的避雷器（圖中BL）以及串聯(lián)電抗器L。

分析內(nèi)部電氣元件存在故障的可能性：

電磁單元喪失勵(lì)磁變壓功能，內(nèi)部元件只會(huì)存在斷開(kāi)或者短路這兩種情況時(shí)發(fā)生。

若發(fā)生中間變壓器內(nèi)部電氣元件有開(kāi)路的情況，不論是電抗器L斷開(kāi)或者是一次繞組斷開(kāi)，會(huì)導(dǎo)致二次電壓為0。但在自激法介損試驗(yàn)升壓時(shí)，顯示的卻是試驗(yàn)電壓很低幾乎沒(méi)有，而二次激磁電流卻過(guò)大急劇增至20A，造成這種過(guò)流現(xiàn)象，說(shuō)明一定存在是短路故障，而非開(kāi)路斷開(kāi)情況；此外，避雷器開(kāi)路斷開(kāi)將不會(huì)出現(xiàn)二次電壓為0，故排除電氣元件開(kāi)路這種故障的發(fā)生。

5.結(jié)論

綜上分析可以得出下結(jié)論：該電容式電壓互感器已存在缺陷，可能存在包括一次繞組部分匝間短路、一次繞組全部短路，避雷器短路擊穿三種短路缺陷。

1)一次繞組部分匝間短路情況：若出現(xiàn)這種情況，說(shuō)明一部分繞組短路損壞，一部分繞組仍然可以勉強(qiáng)運(yùn)行，二次電壓不會(huì)完全顯示為0，但現(xiàn)場(chǎng)顯示二次電壓為0。故這種情況的發(fā)生不可能存在，可以排除。

2)全部短路情況：一次線圈全部短路現(xiàn)象有兩種，分別為接地短路和短路不接地。由于一次對(duì)地絕緣電阻測(cè)試為正常，故排除短路接地的可能，由于內(nèi)附避雷器的保護(hù)，繞組全部短路的可能性也極低。

3)避雷器短路擊穿：此設(shè)備為95年生產(chǎn)的設(shè)備，避雷器并聯(lián)于一次繞組，當(dāng)一次繞組產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)自身泄壓功能，來(lái)保護(hù)一次繞組及電抗器，內(nèi)部避雷器一般額定電壓為20kV以下的標(biāo)準(zhǔn)。由于該設(shè)備運(yùn)行有17年，避雷器元件內(nèi)部已經(jīng)老化，發(fā)生故障擊穿短路的可能性極大。當(dāng)避雷器發(fā)生擊穿短路存在不可恢復(fù)的故障后，A、X兩端短路首尾相通，中間變壓器勵(lì)磁單元同樣會(huì)失去的變壓能力。在運(yùn)行過(guò)程中，將會(huì)出現(xiàn)二次電壓為0的情況，同時(shí)通過(guò)X端測(cè)量絕緣電阻試驗(yàn)顯示良好，是不能發(fā)現(xiàn)其擊穿故障。

通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，其主要原因?yàn)楸芾灼鞫搪窊舸?dǎo)致缺陷發(fā)生。

[1]陳盛君.330kV電容式電壓互感器測(cè)試數(shù)據(jù)異常原因分析[J].寧夏電力,2013(02):16-20.

[2]李繼忠.220kV電容式電壓互感器故障分析[J].貴州電力技術(shù),2013,16(6):43-45,42.