兩起電容式電壓互感器故障的分析與處理

溫曉陽(yáng)，葉 楠，徐文輝，張 隆，黃偉明

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司河源供電局, 廣東 河源 517000)

0 引 言

目前，CVT由于其具有體積小、重量輕、維護(hù)工作量少、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn), 在電力系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用，是電壓互感器諸多類型中應(yīng)用最為廣泛的一種，特別是110 kV及以上電壓等級(jí)中，CVT的市場(chǎng)占有率非常高。因此，針對(duì)運(yùn)行中CVT電氣試驗(yàn)研究的重要性也就凸顯出來，同時(shí)，如何將試驗(yàn)的技術(shù)方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公司規(guī)程等結(jié)合在一起，切實(shí)有效地指導(dǎo)設(shè)備運(yùn)維工作落地實(shí)施也顯得尤為重要。該文闡述CVT的工作原理和一些主要試驗(yàn)項(xiàng)目，然后分析兩起CVT試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常的案例，通過分析與判斷發(fā)現(xiàn)故障并采取合理的運(yùn)維策略進(jìn)行處理，最后對(duì)該類設(shè)備在運(yùn)維中需要注意的事項(xiàng)提出建議，以供工程實(shí)際參考。

1 CVT的基本原理和試驗(yàn)情況概述

圖1 電容式電壓互感器電氣原理圖Fig.1 Electrical schematic diagram of CVT

CVT在整個(gè)組裝、出廠、安裝、運(yùn)行期間需要進(jìn)行包括工頻交流耐壓、局部放電試驗(yàn)、絕緣檢查、電容量、介質(zhì)損耗等多項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目在內(nèi)的不同類型的試驗(yàn)[2-3]，但當(dāng)設(shè)備投運(yùn)后，能夠?qū)υO(shè)備狀況進(jìn)行檢測(cè)跟蹤的主要是依靠帶電紅外測(cè)試和周期性停電進(jìn)行的預(yù)防性試驗(yàn)，這其中以電容量測(cè)試、介質(zhì)損耗測(cè)試、絕緣電阻測(cè)試等常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目為主，必要時(shí)輔以絕緣油處理、工頻交流耐壓試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)等[4]。

2 案例分析

2.1 110 kV某變電站線路電壓互感器電容量超標(biāo)

表1 2017年5月絕緣電阻測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of insulation resistance in May 2017

表2 2017年5月電容量和介損測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of capacitance and dielectric loss in May 2017

由于主電容和分壓電容的材料目前以膜紙復(fù)合絕緣為主，該絕緣結(jié)構(gòu)以金屬箔為電極，將其和薄膜、紙從兩端重疊后，卷繞成扁筒的形狀，構(gòu)成一個(gè)電容單元，每節(jié)電容大多由100個(gè)左右的小電容單元串聯(lián)構(gòu)成[5]，現(xiàn)假設(shè)每個(gè)小電容單元的電容量為C0，共有100個(gè)小電容單元，則總電容量為C0/100。當(dāng)其中一個(gè)電容單元被擊穿時(shí)，總電容量則變化為C0/99，此時(shí)的電容增加量為1%，而此時(shí)由于一個(gè)串聯(lián)的電容單元被擊穿，運(yùn)行電壓被施加在剩下的99個(gè)電容單元上，使其承受電壓變大，增加了剩余電容單元被擊穿的可能性?？紤]各種因素造成的試驗(yàn)誤差和裕度，電容值增大2%以上時(shí)，應(yīng)考慮有一個(gè)元件擊穿，所以規(guī)程規(guī)定，當(dāng)電容量與出廠值相比增加量超過2%時(shí)，應(yīng)當(dāng)縮短試驗(yàn)周期。通過分析表2中數(shù)據(jù)可知，該CVT的C1電容量與出廠值相比增加量為3.15%?？紤]主電容C1有電容單元被擊穿的可能，導(dǎo)致總電容增加量為2.49%。為了驗(yàn)證該想法，又對(duì)該CVT的變比進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示，三組二次繞組對(duì)應(yīng)的變比均小于額定值，但不明顯。同時(shí)，極間絕緣電阻和介損值均滿足規(guī)程規(guī)定值，并無異常，這主要是由于絕緣電阻的測(cè)試結(jié)果僅能反映貫通性的集中性缺陷、整體受潮、貫通性受潮等，若絕緣只有局部缺陷，而兩極間仍有部分良好絕緣時(shí)，絕緣電阻降低很少甚至不發(fā)生變化。而介質(zhì)損耗測(cè)試僅能發(fā)現(xiàn)絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積試品貫通和未貫通的局部缺陷[6]，所以當(dāng)僅為個(gè)別電容單元被擊穿這種單一缺陷發(fā)生時(shí)，絕緣電阻和介質(zhì)損耗測(cè)試結(jié)果無法將其體現(xiàn)出來[7]。

因此將該次故障定性為電容單元被擊穿后導(dǎo)致的電容量超標(biāo)，由于增加量超出規(guī)定值較少，故經(jīng)研究決定，將該設(shè)備試驗(yàn)周期縮短為1年，并建議此期間由運(yùn)行每季度對(duì)該設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫一次[8]。至2018年4月，高試班組對(duì)該設(shè)備繼續(xù)開展停電預(yù)試工作，該次試驗(yàn)結(jié)果分別如表3、表4所示。

表3 2018年4月絕緣電阻測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of insulation resistance in April 2018

表4 2018年4月電容量和介損測(cè)試結(jié)果Table 4 Test results of capacitance and dielectric loss in April 2018

由表3、表4數(shù)據(jù)可知，極間絕緣電阻、中間變壓器絕緣電阻、末屏絕緣電阻依然滿足規(guī)程要求，為合格，介損值也滿足2018版規(guī)程要求值，不大于0.2%，說明該設(shè)備仍未出現(xiàn)整體受潮、貫通性缺陷等故障。但其C1電容量與出廠值相比增加量為3.77%，與上次試驗(yàn)結(jié)果相比有明顯增加趨勢(shì)，導(dǎo)致總電容的增加量增加為3.1%，有擊穿擴(kuò)大的可能性，對(duì)變比的測(cè)量結(jié)果也顯示比上次測(cè)量值與額定值的差值更大了。考慮到該變電站負(fù)荷率和用戶重要度等因素會(huì)導(dǎo)致短周期停電較為困難，故立即對(duì)該設(shè)備進(jìn)行了更換處理。

2.2 220 kV某變電站某條110 kV線路電壓互感器電容量超標(biāo)

表5 2017年8月絕緣電阻測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of insulation resistance in August 2017

表6 2017年8月電容量和介損測(cè)試結(jié)果Table 6 Test results of capacitance and dielectric loss in August 2017

由表5、表6數(shù)據(jù)分析可知，該設(shè)備的絕緣電阻測(cè)試結(jié)果均符合規(guī)程要求，無異常現(xiàn)象，介損值也均小于規(guī)程規(guī)定值0.4%(2011版南網(wǎng)規(guī)程)[9]，無異常。C1的電容量和總電容量變化與額定值相比均在-5%～+10%范圍內(nèi)，但增加量明顯大于2%，按照規(guī)程規(guī)定需要縮短該設(shè)備試驗(yàn)周期。由于該次試驗(yàn)結(jié)果顯示C1的電容量和總電容量變化較大，超出2%的規(guī)定值較多，立即對(duì)變比進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表7所示。

表7 2017年8月變比測(cè)試結(jié)果Table 7 Test results of transformation ratio in August 2017

由測(cè)試結(jié)果可知，與額定值相比，變比的變化也比較明顯。綜上分析，建議對(duì)該設(shè)備進(jìn)行更換處理，但由于缺陷發(fā)生突然，備品備件無法及時(shí)到位，故經(jīng)研究決定，將該設(shè)備的試驗(yàn)周期縮短為三個(gè)月，并建議在此期間由運(yùn)行人員對(duì)該設(shè)備每月進(jìn)行一次紅外測(cè)溫工作。直至2018年1月對(duì)該設(shè)備再次進(jìn)行停電預(yù)試工作，該次試驗(yàn)結(jié)果分別如表8～10所示。

表8 2018年1月絕緣電阻測(cè)試結(jié)果Table 8 Test results of insulation resistance in January 2018

表9 2018年1月電容量和介損測(cè)試結(jié)果Table 9 Test results of capacitance and dielectric loss in January 2018

表10 2018年1月變比測(cè)試結(jié)果Table 10 Test results of transformation ratio in January 2018

通過對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，在絕緣電阻和介損值都滿足要求的情況下，C1的電容量變化率此時(shí)已經(jīng)超出-5%～+10%范圍，增加到11.9%，且總電容量的變化率也由上次的5.26%增加到9.24%，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，且較為嚴(yán)重，變比的變化較之前也更加明顯。經(jīng)各專業(yè)研判，立即將該設(shè)備退出運(yùn)行。

以上兩起CVT電容量增大的案例由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)，運(yùn)維策略合理，使故障未繼續(xù)惡化，未造成電容器爆炸、設(shè)備故障被迫停運(yùn)等嚴(yán)重后果。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)電容式電壓互感器從結(jié)構(gòu)原理到試驗(yàn)分析，再到兩起案例數(shù)據(jù)的解析與處理措施，總結(jié)出以下幾點(diǎn)建議，以供參考：

1)應(yīng)嚴(yán)格按照《電力設(shè)備檢修試驗(yàn)規(guī)程》的周期、項(xiàng)目、標(biāo)準(zhǔn)開展預(yù)防性試驗(yàn)。當(dāng)電容值與出廠值比較增加量超過 2% 時(shí)，應(yīng)引起重視，縮短試驗(yàn)周期，必要時(shí)進(jìn)行相關(guān)的檢查性試驗(yàn)。

2)當(dāng)試驗(yàn)分析結(jié)果確定需要縮短試驗(yàn)周期時(shí)，由于規(guī)程未明確規(guī)定超標(biāo)范圍對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)周期，可結(jié)合電容增加量超標(biāo)的嚴(yán)重程度和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)制定合理的運(yùn)維策略，選擇合理的試驗(yàn)周期，避免因試驗(yàn)周期制定不合理造成不能及時(shí)掌握設(shè)備缺陷發(fā)展情況，造成嚴(yán)重后果。

3)當(dāng)試驗(yàn)結(jié)果顯示CVT電容量超標(biāo)時(shí)，可輔以其他數(shù)據(jù)及檢查進(jìn)一步進(jìn)行分析，比如二次側(cè)電壓是否正常，如不正常，增大還是減小，如增大，可考慮C1有電容單元被擊穿，如減小，可考慮C2有電容單元被擊穿。

4)在縮短試驗(yàn)周期運(yùn)行期間，可以采取定期紅外測(cè)溫等手段對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，有條件的變電站還可以采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)二次電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保設(shè)備在異常運(yùn)行時(shí)第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)。

5)因CVT檢修停電困難，故障后的影響較大，解體檢查修復(fù)的實(shí)施難度大、周期長(zhǎng)，建議在產(chǎn)品出廠時(shí)就把好質(zhì)量關(guān)。