一起35kV電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱的故障檢查分析

房政

廣東電網(wǎng)公司梅州供電局 廣東梅州 514000

摘要：對一起35kV電容式電壓互感器（CVT）電磁單元異常發(fā)熱故障的想象，詳細分析了CVT的工作原理，同時通過對其分壓電容器的電容量和介損試驗、電磁單元的油色譜分析、電磁單元阻尼器的伏安特性試驗，確定諧振阻尼器出現(xiàn)故障，并對設備吊心檢查進一步確認諧振阻尼電容器擊穿，并聯(lián)諧振狀態(tài)破壞而導致阻尼電阻長期過負荷引起發(fā)熱。并提出CVT常見電磁單元發(fā)熱原因和預防措施。

關鍵詞：電容式電壓互感器；諧振阻尼器；電磁單元；發(fā)熱故障；紅外測溫

0前言

電容式電壓互感器（CVT）是用來將高電壓按比例關系變換成標準二次電壓，供保護、計量、儀表裝置使用的電氣設備。如果電壓互感器存在故障，不但無法起到測量、保護作用，還可能會影響其他設備的運行，引發(fā)事故。因此，電壓互感器能否可靠運行，是關系到電力系統(tǒng)安全運行的一項重要因素。按照結構原理分為油浸電壓互感器、串級式電壓互感器、SF6氣體絕緣電壓互感器和電容式電壓互感器（CVT） ，CVT由于有不會和外部元件（ 開關斷口電容） 形成鐵磁諧振、結構簡單、造價較低、耐絕緣沖擊強度高、絕緣裕度大等優(yōu)點[1]， 已廣泛應用于35kV及以上電壓等級的系統(tǒng)。

對運行中的電容式電壓互感器進行精確紅外診斷具有不停電、不取樣、不接觸、直觀、準確、靈敏度高及應用范圍廣等優(yōu)點，可以準確地判斷設備內部故障，對保證電網(wǎng)安全運行和提高設備運行可靠率有重要作用[2]。本文結合一起35kV電容式電壓互感器經(jīng)紅外測溫發(fā)現(xiàn)電磁單元部位發(fā)熱問題。

1 故障現(xiàn)象及初步分析

2014年6月，在巡檢人員對110kV東石變電站進行一次設備紅外測溫時，發(fā)現(xiàn)35kV#1母線31PT C相的電磁單元過熱現(xiàn)象，C相最高溫度55.1°C，A相最高溫度47°C、B相最高溫度46°C，環(huán)境溫度33.0°C，濕度：70%，詳見圖1。該CVT型號為：：TYD35√3-0.02FH。

C相最高溫度：55.1°C

圖1 35kV CVT電磁單元發(fā)熱紅外圖譜

現(xiàn)場對該35kV CVT外觀及油位進行檢查，均為正常。對CVT二次電壓檢查，初C相二次電壓輕微增大外，無其他異常。

為確定分壓電容器的電容值和介損是否滿足規(guī)程要求，對CVT進行停電試驗，結果見表1。從結果可以看出，分壓電容Cl電容量的測量值與出廠值之間的誤差為-0.014%，分壓電容C2電容量的測量值與出廠值之間的誤差為-0.002，滿足規(guī)程要求（規(guī)程要求電容量誤差一5%一10%）；介損為0.051%，滿足規(guī)程的小于0.4%要求[3]。因此，分壓電容Cl和C2無故障。

同時，對電磁單元進行油色譜分析，結果見表1。

色譜分析結果表明，總烴含量超標，但乙炔含量較低（<1 μL/L），說明電磁單元發(fā)熱并無放電。

根據(jù)設備的結構和原理，初步分析CVT電磁單元發(fā)熱的原因主要是持續(xù)的中壓變壓器一次電流或二次電流遠大于設計電流值所致，所以電磁單元發(fā)熱主要有兩個原因：

（1）諧振型阻尼器出現(xiàn)故障

當諧振電容器C0、諧振電抗器L0值變化時將導致并聯(lián)諧振狀態(tài)破壞，流過阻尼電阻R0的電流增大，中間變壓器一次電流增大，繞組和阻尼電阻R0發(fā)熱，油溫增高。

（2）電磁單元內部進水受潮。

電磁單元內部進水受潮后，隨著油中水分含量的增大，繞組中紙質絕緣水分含量越來越大，造成繞組漏電流增大，絕緣降低，繞組匝間易于擊穿。匝間擊穿造成一次繞組匝數(shù)減少，一次電流不斷增大，油溫增高。

為進一步查明原因，首先對CVT的電磁單元進行油中水分含量測定時，確定電磁單元的油中水分含量不大于規(guī)程規(guī)定的35mg/L，排除電磁單元內部進水受潮的可能。

其次對CVT的電磁單元阻尼器進行伏安特性測試，其伏安特性曲線見圖2：

圖2 阻尼器伏安特性曲線圖

結果說明CVT的阻尼器無法正常工作，存在缺陷，正常工作狀態(tài)下其工作電流不超過1A，可判斷為阻尼器存在過流導致油箱發(fā)熱現(xiàn)象。

2 CVT電磁單元吊心檢查及原因分析

根據(jù)判斷分析，對CVT電磁單元吊心檢查，同時對諧振電容器進行測量，發(fā)現(xiàn)電容值為零，說明諧振電容器已經(jīng)擊穿，詳見圖3。

圖3 吊心檢查與擊穿的諧振電容器

根據(jù)該CVT的電氣原理如圖4所示：

圖4 35kV CVT電氣原理圖

CVT由電容分壓器C1、C2、電磁單元（ 包括中間變壓器、補償電抗器和阻尼器等） 以及接線端子盒組成。

電容分壓器包括主電容C l 和分壓電容C2，系統(tǒng)電壓經(jīng)分壓后從C2上抽出送至中間變壓器，再將電壓降至100V和100/二次繞組√3二次繞組輸出給保護和計量使用。為了減少接入負荷時在電源內阻抗和中間變壓器漏抗中產生壓降而形成電壓誤差，通常在中間變壓器一次側串聯(lián)一補償電抗L，其電抗值為，引入補償電抗器后，能有效地減少互感器的誤差。

圖5 諧振阻尼器原理圖

同時由于CVT的電容分壓器、補償電抗器和中間變壓器，構成電容和非線性電抗的串聯(lián)回路，在一定條件下電路處于串聯(lián)諧振或接近串聯(lián)諧振狀況。在諧振條件下，回路中的電流和在中間變壓器T的電壓都將異常增大，將使電壓互感器嚴重受損甚至燒毀。

為有效消除諧振[5]，最有效的方法就是在互感器二次剩余繞組并聯(lián)接入阻尼器，其原理見圖5：

由諧振電容器C、諧振電抗器L并聯(lián)諧振回路串接阻尼電阻R組成，并聯(lián)接在剩余電壓繞組上。諧振電容器和諧振電抗器在工頻下處于并聯(lián)調諧狀態(tài)，在正常狀態(tài)下阻抗較高，阻尼電流較小，一般不超過800mA，功耗較小。當