電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱故障分析

黃海飛，許家響，王 靜，范小輝，朱旻哲

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

電壓互感器的主要功能是將較高的一次電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷阂怨┍Ｗo(hù)、計(jì)量以及自動(dòng)裝置等使用,是變電站內(nèi)的重要設(shè)備。

電壓互感器在結(jié)構(gòu)上主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。與電磁式電壓互感器相比,電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer,CVT)因具有結(jié)構(gòu)合理、電場(chǎng)強(qiáng)度裕度大、不易形成鐵磁諧振等優(yōu)點(diǎn),在110 kV及以上的電網(wǎng)中得到了大量應(yīng)用。但由于在設(shè)計(jì)制造、工藝材料、運(yùn)行環(huán)境等方面的原因,隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,近年來(lái),電容式電壓互感器的故障率一直居高不下。

以蘇州某變電站電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱故障為例,分析故障原因并提出預(yù)防措施,為這類(lèi)CVT缺陷的處理與預(yù)防提供了經(jīng)驗(yàn),同時(shí)對(duì)提高CVT運(yùn)行可靠性和保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到了重要作用。

1 故障描述

2020年6 月,蘇州某220 kV變電站運(yùn)維班運(yùn)行人員在紅外測(cè)溫巡檢中發(fā)現(xiàn)1107正母電壓互感器C相電磁單元存在發(fā)熱現(xiàn)象,C相電磁單元最高溫度為27.1 ℃,A相電磁單元最高溫度為24.0 ℃,B相電磁單元最高溫度為24.3 ℃,C相較A、B兩相電磁單元的溫度高約3 ℃左右,電容單元溫度無(wú)異常。

該1107正母CVT的型號(hào)為T(mén)YD4110/3-0.02H,銘牌電容量為0.020288 μF,額定電壓為/0.1 kV,出廠日期為2011年3月,投運(yùn)日期為2012年11月。

專(zhuān)業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)1107正母CVT的外觀進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)三相電磁單元的油位基本一致,絕緣油無(wú)滲漏現(xiàn)象；三相套管無(wú)明顯放電痕跡,一次接線(xiàn)正常；1107正母避雷器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)表電流基本一致,計(jì)數(shù)器動(dòng)作次數(shù)與上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致,未發(fā)生改變；在變電站控制室內(nèi)發(fā)現(xiàn)三相監(jiān)測(cè)電壓基本一致,測(cè)量相關(guān)二次回路的節(jié)點(diǎn)電壓值,也未發(fā)現(xiàn)異常?；谏鲜銮闆r,專(zhuān)業(yè)人員分析此次發(fā)熱故障的時(shí)間不長(zhǎng),但如若不及時(shí)處理可能導(dǎo)致CVT內(nèi)部絕緣擊穿,嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生油箱燒毀等事故,因此申請(qǐng)對(duì)1107正母CVT進(jìn)行停電更換處理。

2 故障分析

2.1 電容式電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)

電容式電壓互感器為單相單柱式結(jié)構(gòu),由電容單元和電磁單元兩部分組成,如圖1所示。其中,電容單元由高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián)組成,電磁單元由中間變壓器T、補(bǔ)償電抗器L、補(bǔ)償電抗器低壓端E、電容分壓器低壓端N、抑制鐵磁諧振的阻尼器ZD、避雷器BL等部分組成,電磁單元從中壓電容C2獲取中間電壓U2,再由中間變壓器轉(zhuǎn)換為測(cè)量和保護(hù)用的二次電壓。

圖1 110 kV電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理

當(dāng)高壓側(cè)運(yùn)行相電壓為U1時(shí),中間變壓器一次側(cè)電壓U2為：

2.2 診斷性試驗(yàn)

停電狀態(tài)下,對(duì)1107正母C相CVT進(jìn)行了診斷性試驗(yàn),試驗(yàn)項(xiàng)目包括絕緣電阻試驗(yàn)、電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

C相CVT總的電容量(高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián))為20096.0 pF,與銘牌電容量20288 pF的誤差為-0.95 %。根據(jù)Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》,表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿(mǎn)足規(guī)程要求,未發(fā)現(xiàn)異常。由于此臺(tái)CVT電磁單元部分存在溫度過(guò)高現(xiàn)象,為進(jìn)一步分析原因,對(duì)電磁單元絕緣油的油樣進(jìn)行測(cè)試分析,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 絕緣油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

根據(jù)表2中特征氣體組分和含量判斷,絕緣油中H2,C2H2和總烴含量超標(biāo),表明電磁單元內(nèi)部發(fā)生過(guò)高能量放電現(xiàn)象。根據(jù)三比值法判斷,編碼組合為200,可能為電弧放電。

3 故障設(shè)備解體檢查

為進(jìn)一步驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論,公司組織相關(guān)專(zhuān)家和技術(shù)人員對(duì)1107正母C相CVT進(jìn)行了解體檢查。在將電容單元吊起之后,發(fā)現(xiàn)電磁單元中間變壓器與電容單元之間的連接線(xiàn)過(guò)長(zhǎng),發(fā)生與中壓小套管接觸的情況,中壓小套管表面有明顯的放電痕跡,與中壓小套管接觸處的連接線(xiàn)外層絕緣皮已經(jīng)燒毀,但連接線(xiàn)尚未斷裂。在吊起電容單元的同時(shí),電磁單元油箱中沖出刺鼻和刺眼的氣體,打開(kāi)電磁單元油箱箱蓋,發(fā)現(xiàn)絕緣油顏色黯淡無(wú)光,略顯渾濁,并伴有少許黑色碳化顆粒。抽出電磁單元中的絕緣油之后,觀察中間變壓器,除一次引線(xiàn)外,其鐵芯表面及二次引線(xiàn)等部位并無(wú)異常。

根據(jù)解體情況進(jìn)行分析,由于電磁單元中間變壓器與電容單元之間的連接線(xiàn)過(guò)長(zhǎng),在進(jìn)行安裝時(shí)其本身已經(jīng)發(fā)生了彎折現(xiàn)象,導(dǎo)致連接線(xiàn)外層絕緣皮受損,其絕緣能力已經(jīng)受到一定程度的破壞。安裝后,過(guò)長(zhǎng)的連接線(xiàn)與中壓小套管發(fā)生接觸,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行,在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的綜合作用下,連接線(xiàn)外層絕緣皮的絕緣情況進(jìn)一步惡化,當(dāng)其絕緣程度無(wú)法承受連接線(xiàn)與中壓小套管接地法蘭之間的電位差時(shí),便發(fā)生了放電現(xiàn)象。放電進(jìn)一步導(dǎo)致其絕緣皮劣化,以致發(fā)生燒毀現(xiàn)象。同時(shí),放電導(dǎo)致油箱內(nèi)絕緣油劣變,產(chǎn)生熱量以及特征氣體,熱量傳遞至油箱表面,運(yùn)行人員通過(guò)紅外檢測(cè)儀器觀測(cè)到電磁單元存在發(fā)熱異常現(xiàn)象,這與絕緣油色譜分析的結(jié)果基本吻合。

4 預(yù)防措施及建議

基于上述對(duì)CVT油箱異常發(fā)熱現(xiàn)象的分析與處理,為確保CVT設(shè)備的安全可靠運(yùn)行,提出以下幾點(diǎn)建議。

(1) 加強(qiáng)該類(lèi)設(shè)備的巡視工作,重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備是否存在異常振動(dòng)、異常響聲或異味、有無(wú)滲漏油等現(xiàn)象；按照規(guī)程要求定期開(kāi)展紅外測(cè)溫工作,觀測(cè)其是否存在異常發(fā)熱現(xiàn)象。

(2) 建議設(shè)備制造廠家改進(jìn)和完善制造工藝,采用性能更好的原材料,以有效加強(qiáng)電磁單元中電氣連接部分的絕緣強(qiáng)度,使電氣連接線(xiàn)對(duì)油箱壁及其他元器件之間保持足夠的安全距離；加強(qiáng)設(shè)備制造過(guò)程中的監(jiān)造工作,嚴(yán)格進(jìn)行出廠驗(yàn)收工作,確保出廠時(shí)的設(shè)備狀態(tài)完好。

(3) 設(shè)備投運(yùn)前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的驗(yàn)收工作,認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看,并詳細(xì)驗(yàn)收出廠試驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、安裝記錄、交接試驗(yàn)報(bào)告、監(jiān)理報(bào)告等技術(shù)資料,確保設(shè)備的狀態(tài)良好。

(4) 在周期性停電工作中,試驗(yàn)專(zhuān)業(yè)人員應(yīng)認(rèn)真做好例行試驗(yàn),將試驗(yàn)數(shù)據(jù)與歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)、出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)程要求進(jìn)行比較,綜合分析,準(zhǔn)確判斷設(shè)備的狀態(tài)。