500kV電容式電壓互感器電壓異常原因分析

周志強(qiáng)，范乃心，王 勇

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

電容式電壓互感器 (CVT)是由電容分壓器和電磁單元組成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備，其電磁單元的二次電壓實(shí)質(zhì)上與施加到電容分壓器上的一次電壓成正比，且其相位差接近于0。在220kV及以上電壓等級變電站中，由于電磁式電壓互感器的制造難度不斷增大，電容式電壓互感器以結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)不高等優(yōu)勢更顯突出。目前，500 kV及以上電壓等級電壓互感器絕大部分采用電容式電壓互感器。電容式電壓互感器原理如圖1所示。

電容式電壓互感常見的異?，F(xiàn)象主要有二次電壓波動(dòng)、二次電壓低、二次電壓高、電磁單元油溫過高、運(yùn)行時(shí)有異音等。因此結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，對變電站中CVT監(jiān)測母線電壓偏高現(xiàn)象進(jìn)行分析。

1 CVT二次電壓異常檢查

某500 kV變電站2號主變一次電壓互感器采用電容式電壓互感器，型號為生產(chǎn)日期為2006年8月，共3臺，2007年6月投入運(yùn)行。2008年8月進(jìn)行新設(shè)備投運(yùn)后首次試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)無明顯變化。2012年9月，發(fā)現(xiàn)2號主變一次電壓偏高于系統(tǒng)母線電壓，對2號主變一次電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，并對電壓互感器二次電壓進(jìn)行電壓實(shí)測，實(shí)測值折算后與監(jiān)控系統(tǒng)顯示電壓基本一致，三相對比，C相電壓相對偏低。調(diào)用2011年2月23日至2012年9月9日監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，顯示2號主變一次電壓偏高。檢查2號主變一次電壓互感器二次接線箱、端子箱、測控屏、保護(hù)屏接線良好，CVT外觀檢查無異常。根據(jù)檢查及實(shí)測情況分析，認(rèn)為CVT設(shè)備內(nèi)部可能損壞，初步分析認(rèn)為是電容單元電容元件存在局部擊穿。因此，對主變一次CVT進(jìn)行更換后，現(xiàn)場對電容單元進(jìn)行了介質(zhì)損耗及電容量試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與2008年預(yù)試結(jié)果進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)A、B、C三相介質(zhì)損耗和電容量均有一定程度的增加，根據(jù)電容量增加數(shù)值，可以粗略計(jì)算出電容元件擊穿的數(shù)量，結(jié)果如下:

A相:電容量增加1 300 pF，估算擊穿12個(gè)元件，上節(jié)與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較電容量增加650 pF，第二節(jié)與上次數(shù)據(jù)比較電容量增加650 pF;

B相:上節(jié)與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較電容量增加1 450 pF，估算擊穿14個(gè)元件;

C相:上節(jié)與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較電容量增加570 pF，估算擊穿5個(gè)元件。

2 解體前試驗(yàn)

3臺CVT設(shè)備返廠后，廠家重新對電容單元進(jìn)行了介質(zhì)損失角和電容量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1～表3所示。

表2 原B相CVT試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 原C相CVT試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1～表3可以看出三相CVT介質(zhì)損失角增加最大的均為上節(jié)C11，其次為中間節(jié)C12，而第三節(jié)C1、C2變化最小。

3 解體檢查

對試驗(yàn)后的3臺CVT共9個(gè)電容單元全部進(jìn)行解體，對電容分壓器中的芯子進(jìn)行逐個(gè)檢查。對分壓器每個(gè)元件進(jìn)行2.15 kV的直流耐壓試驗(yàn)，找出擊穿元件的數(shù)量和分布情況，把擊穿短路元件進(jìn)行解體，找出擊穿點(diǎn)位置，并查看擊穿點(diǎn)損壞情況和元件制造質(zhì)量，解體檢查情況如下。

a.A相分壓器 C11從上往下數(shù)第 11、16、30、31、52、66個(gè)元件擊穿，與解體前測試結(jié)果吻合，第11個(gè)元件擊穿情況如圖2所示。

圖2 C11第11電容元件擊穿

b.A相分壓器 C12從上往下數(shù)第6、9、18、19、27、56、63個(gè)元件擊穿，與解體前測試結(jié)果基本吻合，第27個(gè)元件擊穿情況如圖3所示。

圖3 C12第27電容元件擊穿

c.B相分壓器C11從上往下數(shù)第3、12、13、20、21、22、26、27、34、49、52、55 個(gè)元件擊穿，與解體前測試結(jié)果基本吻合，第3個(gè)元件擊穿情況如圖4所示。

4 原因分析

CVT二次電壓偏高的主要原因?yàn)殡娙輪卧收希收系闹饕问綖殡娙莘謮浩髦须娙菰舸?，通過調(diào)查了解，造成電容元件擊穿的主要原因如下。

a.鋁箔分切端面毛刺較大。部分廠家早期沒有專用的鋁箔分切設(shè)備，主要依靠外協(xié)。在生產(chǎn)計(jì)劃需求量較大時(shí)，有些廠家使用絕緣紙或薄膜分切機(jī)切割鋁箔。由于鋁箔切割邊緣毛刺要求遠(yuǎn)高于絕緣子和薄膜，如果操作者換刀不及時(shí)，將造成鋁箔邊緣毛刺超標(biāo)。

圖4 C11第3電容元件擊穿

b.分切設(shè)備潔凈度不夠。電容器鋁箔切割設(shè)備要求在密閉程度較高的環(huán)境下工作，室內(nèi)粉塵顆粒多點(diǎn)在線監(jiān)測。由于切割設(shè)備潔凈度不夠，造成鋁箔切割后在邊緣端面吸附少量粉塵。

由于毛刺和粉塵在運(yùn)行中將導(dǎo)致電容元件極間場強(qiáng)高度集中，甚至產(chǎn)生低能的局部放電，在電場和熱場的長期作用下導(dǎo)致部分元件擊穿。由試驗(yàn)和解體檢查可見，元件擊穿主要集中發(fā)生在CVT的上節(jié)。由于電容分壓器由3節(jié)疊裝組成，電容分壓器對地有雜散電容作用，上、下節(jié)電容分壓器的電壓分布是不均勻的。離地越遠(yuǎn)，雜散電容越小，阻抗越大，所分的電壓就較高，由于有對地雜散電容的影響，在電壓的作用下，上節(jié)電容分壓器的電壓較高，特別是在雷電過電壓或操作過電壓的作用下，上節(jié)電容分壓器更容易產(chǎn)生損傷或損壞。

5 結(jié)論

a.用戶在采購CVT設(shè)備前應(yīng)對生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了解，選擇切割設(shè)備齊全、車間有完備的粉塵監(jiān)測措施的企業(yè)。在簽訂合同前，應(yīng)對制造廠鋁箔分切或外協(xié)做明確要求，不得采用其他切割設(shè)備進(jìn)行鋁箔的分切，以保證鋁箔的切割質(zhì)量，避免毛刺或粉塵對電容元件電場分布產(chǎn)生影響。

b.電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，通過對電容式電壓互感器二次電壓異常原因分析，可判斷分壓電容是否存在潛在缺陷，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，因此，要求試驗(yàn)人員要認(rèn)真做好例行試驗(yàn)，定期將歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)或與同類型設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析。

c.運(yùn)維人員要注意電容式電壓互感器二次電壓的變化情況，經(jīng)常與變電站內(nèi)其他電壓監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)電壓異常時(shí)，認(rèn)真檢查一、二次設(shè)備，查明異常原因。利用紅外熱成像測溫手段，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時(shí)消除設(shè)備隱患，以保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］DL/T474.1～DL/474.5—2006.現(xiàn)場絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則［S］.

［2］李建明，朱 康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.北京:中國電力出版社，2004.

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