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      220kV電容式互感器缺陷分析及防范措施

      2017-11-21 10:46:50任在成
      科技視界 2017年22期
      關(guān)鍵詞:缺陷互感器防范措施

      任在成

      【摘 要】本文介紹了一起CVT運(yùn)行中的危急缺陷,結(jié)合二次電壓升高、紅外測溫、介損測試、帶電測試及解體檢查結(jié)果分析了缺陷發(fā)展過程及原因,并給出了針對性的防范措施。

      【關(guān)鍵詞】互感器;缺陷;防范措施

      0 引言

      電容式電壓互感器(CVT)是高壓電網(wǎng)的重要設(shè)備,主要用于供電計(jì)量、保護(hù)、指示和同期、耦合電容器供電力載波通信線路、高頻保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)通道等。由于CVT具有優(yōu)良的瞬變響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),目前廣泛應(yīng)用于110kV及以上電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)。受設(shè)計(jì)、制造、工藝水平和原材料等諸多因素影響,電容式互感器投運(yùn)后故障時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行安全。

      本文介紹一起220kV電容式電壓互感器運(yùn)行中的故障情況,通過試驗(yàn)分析、解體檢查,找出了故障原因,并提出了針對性的防范措施。

      1 故障概況

      2013年1月,某站監(jiān)控機(jī)報(bào)電壓越限,值班員檢查發(fā)現(xiàn)220kVI母線的Uab和Uca母線電壓比Ubc電壓高4kV為232.5kV,Ubc電壓為229kV。用萬用表測量220kV1A母線CVT二次小空開上口電壓均為:Uab:106V,Ubc:103V,Uca:106V。查看當(dāng)日CVT曲線圖發(fā)現(xiàn):A相母線電壓(圖中紅色部分)從3點(diǎn)43分開始逐漸上升,到4點(diǎn)51分A相電壓基本達(dá)到最大值,此時(shí)A相電壓138.36kV、B相132.36kV、C相132.35kV。

      現(xiàn)場對#1A母線電壓互感器進(jìn)行測溫發(fā)現(xiàn)A相下節(jié)電容分壓器上部熱點(diǎn)溫度為9.9℃,而同間隔B、C相同部位約為-9.4℃,溫差已經(jīng)達(dá)到19K, 判斷為A相CVT電容分壓器上部內(nèi)部缺陷,依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》[1]規(guī)定,該缺陷已屬于危急缺陷,需立即停電進(jìn)行處理。

      缺陷互感器型號為TYD220/√3-0.01H,1996年03月出廠,投運(yùn)日期:1997年1月16日,該互感器由2節(jié)瓷套外殼的電容分壓器和下部油箱中的電磁單元兩部分組成,其中C11為單獨(dú)一節(jié)耦合電容器,C12與分壓電容和C2共同安裝于下節(jié)瓷套內(nèi),C12與分壓電容和C2,中間沒有無引出線,其中上節(jié)C11由75單個(gè)電容串聯(lián),下節(jié)C12由52單個(gè)電容串聯(lián),C2由23單個(gè)電容串聯(lián)組成。CVT連接圖如圖1。

      2 缺陷分析

      2.1 電壓理論分析

      通過紅外圖譜監(jiān)測,可初步判斷故障部位位于下節(jié)電容分壓器上部,即圖1中C12部分。由一次電壓變化可知,A相正常一次電壓為132.35kV,A相測量值138.36kV,二次電壓u2增大,說明C21中存在部分元件擊穿。由電容式電壓互感器電壓誤差公式[2]可知:

      U=U'*(1)

      其中U1為電磁單元一次電壓,U外部運(yùn)行電壓,C1為CVT高壓電容,由C11及C12串聯(lián)而成,由公式1可計(jì)算出變化后的電磁單元一次電壓U1,C2為CVT的低壓電容。其中:

      C=(2)

      其中C11、C12為高壓電容上下兩節(jié),利用公式(2)可得出C1電容量出廠值為11.95nF。

      由公式1可推導(dǎo)出,故障后的電磁單元一次電壓可公式(3)和公式(4)得出,其中缺陷后的高壓電容定位為C,C2未發(fā)生變化。則由此可知:

      U=U'*(3)

      U=U*(4)

      利用公式(3)和公式(4)可計(jì)算出缺陷C電容量為12.59nF,由電容串聯(lián)公式(2)可計(jì)算出缺陷電容C12的電容量為33.04nF,咨詢廠家可知C12由52個(gè)單電容串聯(lián)組成,由額定電容可計(jì)算出單個(gè)電容的電容量約為52*28.97=1506nF,進(jìn)而推算出當(dāng)前仍然有1506/33.04=45.6個(gè)單電容單元正常,即有6-7個(gè)電容單元已經(jīng)被擊穿。

      2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

      對該組CVT進(jìn)行測試,B、C兩相常規(guī)試驗(yàn)及A相絕緣試驗(yàn)未見異常,A相上節(jié)介損及電容量測試結(jié)果未見異常。采用單臂電橋測量二次線圈直阻,a1d1為0.014mΩ,a2d2為0.025mΩ,andn為0.098mΩ,數(shù)值正常。

      采用自激法測量C21、C22的介損及電容量時(shí)測試無法完成,觀察儀器測試過程,發(fā)現(xiàn)是儀器無法得到高壓側(cè)電壓及電流,由此無法得到最終測試結(jié)果。所使用的介質(zhì)損耗測試儀為山東泛華廠家產(chǎn)品,其自激法測量原理如圖2。

      分析原因可知,測試過程中,儀器CN與C2串聯(lián)連接,用來測量流過C2的電流及相位,測試過程中發(fā)現(xiàn)C2的電流測量不到,將電橋的兩根測量線互換位置,此時(shí)CN測量線接入C12的首端,可測量出CN的電容量,測量結(jié)果如表3。分析之前測不出來的原因可知:C2尾端與引出端子間發(fā)生了斷線。

      2.3 綜合分析

      結(jié)合電壓理論分析及電容量測試結(jié)果綜合分析,初步判斷CVT缺陷如下:一是C12電容單元有6-7個(gè)電容元件存在擊穿,二是C2尾端與引出端子間發(fā)生了斷線。此互感器已經(jīng)不能在繼續(xù)運(yùn)行,為此更換處理。

      3 解體檢查

      為進(jìn)一步分析缺陷原因,對該互感器及進(jìn)行了解體檢查,檢查發(fā)現(xiàn):

      1)CVT電磁單元的油箱內(nèi)已經(jīng)完全充滿油,C2電容單元末端引出線套管破裂,碎片散落在中間變壓器的鐵芯上,引線在套管接頭處斷裂,引線斷裂處出一個(gè)燒融的小圓尖頭,現(xiàn)場取樣與分析結(jié)果一致。

      2)對電容單元進(jìn)行解體,打開下節(jié)電容單元上部的密封蓋,電容單元內(nèi)油位只有約原來的1/2,電容元件上部已經(jīng)沒有絕緣油浸泡,上部1/2的電容單元表面出現(xiàn)了大量X蠟,這上部6個(gè)電容元件有擊穿放電痕跡,與紅外圖譜位置相對應(yīng)。用搖表測量C12的51個(gè)電容元件的絕緣,C12上部從頂端往下連續(xù)6個(gè)電容單元擊穿,C21從底端往上數(shù)第19個(gè)電容單元發(fā)生擊穿,C12部分共有7個(gè)元件擊穿,與分析結(jié)果一致。

      3)取下炸開的小瓷瓶,發(fā)線小瓷瓶內(nèi)部有嚴(yán)重的放電痕跡,接線柱及小瓷瓶內(nèi)、外表面積累了大量的炭黑,小瓷瓶的緊固法蘭膠圈有一處燒損痕跡,碎裂的小瓷瓶及接線柱有大量炭黑。endprint

      4 原因分析

      根據(jù)故障現(xiàn)象及解體情況綜合分析,認(rèn)為此次缺陷起始及發(fā)展過程如下:

      A相CVT故障的故障起始位置在CVT的C2電容末端的接地引出線,接地進(jìn)出線斷裂造成C2電容末端懸浮,在高電壓作用下C2末端對地放電造成低壓端小瓷瓶碎裂,同時(shí)將底部橡膠墊燒蝕。放電生成的炭黑在小瓷瓶接線柱和底盤法蘭之間形成新的接地通道,此時(shí)CVT電氣恢復(fù)正常,一次電壓及紅外等信息,故CVT的監(jiān)測電壓未發(fā)生變化。

      放電引起的小瓷瓶碎裂及橡膠墊燒蝕,造成電容單元密封破壞,在重力作用下,絕緣油泄漏到電磁單元,從C12上部電容單元的X蠟來看,該滲漏過程時(shí)間比較長,上部電容元件逐漸失去絕緣油后,絕緣裕度降低,電容單元逐漸過熱進(jìn)而產(chǎn)生X蠟,隨著缺陷進(jìn)一步發(fā)展,C12的上部電容單元被一一擊穿,造成二次電壓升高。由圖1可知,而該擊穿過程是一個(gè)非常短暫快速過程,從3點(diǎn)40分左右開始,至4點(diǎn)50分左右電壓穩(wěn)定。此后至最終停電之前電壓未發(fā)生變化,說明內(nèi)部電容單元此時(shí)已完成擊穿過程。

      為驗(yàn)證推斷是否正確,恰好該互感器末屏安裝了帶電檢測裝置,查閱其互感器帶電檢測報(bào)告,發(fā)現(xiàn)在2012年5月對該互感器進(jìn)行了一次帶電檢測,測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)C2側(cè)已經(jīng)沒有電流,但測試人員未引起注意,誤認(rèn)為是測試儀器本身出現(xiàn)了故障,由此也可證明在當(dāng)時(shí)電容C2尾端已經(jīng)斷線。

      結(jié)合故障情況分析缺陷產(chǎn)生原因?yàn)殡娙菔诫妷夯ジ衅麟娙輪卧狢2末屏懸浮引起,接地懸浮原因C2末端引出線的接頭部位的引線部分?jǐn)嗔眩S鄬?dǎo)線截面短路容量不足,在運(yùn)行過程中,長時(shí)間受到振動(dòng)、熱等作用,剩余導(dǎo)線發(fā)生了融化,短路截面越來越短,最終發(fā)生斷裂。

      5 總結(jié)

      1)電容式電壓互感器的缺陷與廠家設(shè)計(jì)、選材、生產(chǎn)工藝等密切相關(guān),生產(chǎn)過程中任何一點(diǎn)質(zhì)量缺陷都可能造成電容式電壓互感器長時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)故障。此廠家應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量管理,嚴(yán)格控制,不過每一點(diǎn)可能造成缺陷的質(zhì)量缺陷,確保產(chǎn)品在運(yùn)行中不發(fā)生缺陷。

      2)CVT設(shè)備的一次電壓值監(jiān)測能快速發(fā)現(xiàn)CVT內(nèi)部的隱藏缺陷,為此應(yīng)做好CVT設(shè)備一次電壓數(shù)據(jù)的長期記錄,定期對互感器的電壓變化進(jìn)行分析,對于把握互感器運(yùn)行狀態(tài)具有非常重要的幫助。

      3)此案例說明:CVT的電容量、介損帶電檢測對發(fā)現(xiàn)電磁、電容單元內(nèi)的缺陷有一定的幫助,但由于開展較少,且尚未建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析方法,測試人員容易忽視發(fā)生變化的數(shù)據(jù),造成現(xiàn)場測試過程中對缺陷容易誤判,為此應(yīng)認(rèn)真分析異常的測試數(shù)據(jù),防止誤判。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]DL/T 664-2008.帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[S].中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)。

      [2]凌子恕.高壓互感器技術(shù)手冊[S].中國電力出版社,2005:97·99.endprint

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