三起電容式電壓互感器故障分析*

任曉麗，何幫華，周全旭

(國(guó)網(wǎng)張掖供電公司，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

近年來(lái)，電容式電壓互感器(簡(jiǎn)稱CVT)由于其維護(hù)方便，主絕緣主要由分壓電容器承擔(dān)，不易造成惡性事故；運(yùn)行可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。但是由于受廠家的生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)、材料等因素的影響，CVT存在的質(zhì)量問(wèn)題也比較多，故障率也較高，嚴(yán)重威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)CVT在運(yùn)行中存在的內(nèi)部故障，必須定期對(duì)其進(jìn)行油色譜分析或?qū)ｍ?xiàng)普查。筆者重點(diǎn)通過(guò)對(duì)三起發(fā)生故障的電容式電壓互感器從電氣試驗(yàn)及絕緣油方面進(jìn)行分析、計(jì)算，得出原因結(jié)果并提出預(yù)防措施。

1 電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

電容器電壓互感器由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由C1高壓電容和C2中壓電容串聯(lián)組成。電磁單元由中間變壓器、補(bǔ)償電抗器串聯(lián)組成。電容分壓器可作為耦合電容器，在其低壓端N端子連接結(jié)合濾波器以傳送高頻信號(hào)。通過(guò)電容分壓器的分壓，將分壓后得到的中間電壓(一般為10～20 kV)通過(guò)中間變壓器降為100/3 V或100 V的電壓，為電壓測(cè)量及繼電保護(hù)裝置提供電壓信號(hào)。為了補(bǔ)償由于負(fù)載效應(yīng)引起的電容分壓器的容抗壓降，使二次電壓隨負(fù)載變化減小，在中壓回路中串接有電抗器，設(shè)計(jì)時(shí)使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到規(guī)定的負(fù)荷范圍和準(zhǔn)確級(jí)的電壓信號(hào)。在中間變壓器二次側(cè)的一個(gè)繞組上，接有阻尼器，以便能夠有效地抑制鐵磁諧振。其電氣原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 電氣原理圖

2 故障設(shè)備情況

此文案例2∶ 35 kV電容式電壓互感器其型號(hào)為：TYD3-35/-0.02HF，廠家為桂林電力電容器有限責(zé)任公司，2013年08月出廠。

3 三起故障異常現(xiàn)象及試驗(yàn)結(jié)果

3.1 某變電站110 kV電壓互感器故障

2018年10月07日，某變電站110 kVI段母線電壓互感器C相二次電壓突降，約為30 V，經(jīng)保護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查后，未發(fā)現(xiàn)保護(hù)方面的問(wèn)題，隨后電氣試驗(yàn)人員對(duì)該電壓互感器進(jìn)行了電氣診斷性試驗(yàn)及油色譜試驗(yàn)，電氣診斷試驗(yàn)項(xiàng)目主要有絕緣電阻測(cè)試、介損測(cè)試及直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表1～4所列。

表1 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù) /mΩ

表2 介損及電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù) /Ω

表4 絕緣油色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以上試驗(yàn)結(jié)果的分析如下。

(1) 電氣試驗(yàn)項(xiàng)目雖在合格范圍內(nèi)，但C相做介損試驗(yàn)時(shí)一次側(cè)電壓達(dá)不到2.5 kV的要求，僅為281.6和291.5 V。

(2) 色譜分析乙炔超過(guò)注意值30多倍，氫氣超過(guò)注意值10倍，總烴超過(guò)注意值200多倍，通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，其特征氣體含量均超過(guò)規(guī)程規(guī)定的注意值很多，利用特征氣體法可初步判斷該電壓互感器內(nèi)部存在過(guò)熱兼放電故障。

3.2 某110 kV變電站電壓互感器故障

2019年01月24日，某110 kV變電站110 kVI段電壓互感器A相二次電壓異常，隨后電氣試驗(yàn)班對(duì)其進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)及油色譜取樣分析試驗(yàn)，油色譜分析試驗(yàn)合格，電氣試驗(yàn)結(jié)果如表5～7所列。

表5 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù) /mΩ

表6 介損及電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù) /Ω

對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果的分析：絕緣油色譜分析結(jié)果正常；電氣試驗(yàn)項(xiàng)目絕緣電阻及直流電阻均合格，介損及電容量試驗(yàn)結(jié)果：采用自激法測(cè)試A相C2介損及電容量均超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 某變電站35 kV電壓互感器故障

2019年02月15日，某110 kV變電站35 kVI段電壓互感器A相保險(xiǎn)熔斷，更換后投運(yùn)發(fā)生噴油現(xiàn)象，隨后電氣試驗(yàn)班對(duì)該電壓互感器進(jìn)行了電氣診斷性試驗(yàn)及絕緣油色譜分析試驗(yàn)，色譜分析結(jié)果合格，電氣試驗(yàn)結(jié)果如表8～10所列。

表8 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù) /mΩ

表9 介損及電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù) /Ω

對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果的分析：

絕緣油色譜分析試驗(yàn)結(jié)果合格；電氣診斷性試驗(yàn)結(jié)果A相電壓互感器一次絕緣電阻為0，直流電阻試驗(yàn)合格，介損及電容量試驗(yàn)：電壓達(dá)不到2 kV，介損測(cè)試不出來(lái)，電容量初值差嚴(yán)重超標(biāo)，B相介損超標(biāo)、電容量初值差達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 色譜綜合分析判斷故障

對(duì)于故障1色譜分析結(jié)果不合格的設(shè)備，由于規(guī)程規(guī)定在電壓互感器中，乙炔含量的注意值為3 μL/L，氫氣含量的注意值為150 μL/L，總烴含量的注意值為100 μL/L，針對(duì)該相(C相)電壓互感器乙炔、氫氣、總烴含量均嚴(yán)重超過(guò)注意值，故做出如下分析判斷：

(1) 特征氣體法判斷

結(jié)合上述分析結(jié)果，得到的結(jié)果都是總烴含量較高，甲烷大于乙烯含量，乙炔占總烴量的2%以下，它符合過(guò)熱故障的特征氣體，因此，可初步判斷該電壓互感器內(nèi)部存在過(guò)熱故障。

(2) 利用IEC三比值法判斷

根據(jù)三比值的計(jì)算方法及判斷原則，分別將乙炔、乙烯、甲烷、氫氣、乙烷五鐘氣體的含量帶入三對(duì)比值(乙炔/乙烯、甲烷/氫氣、乙烯/乙烷)中進(jìn)行計(jì)算，得出比值編碼為“021”，對(duì)照故障性質(zhì)的判斷，得出故障類型為300～700 ℃的中溫過(guò)熱故障，這與特征氣體法判斷結(jié)果相吻合。

(3) 利用羅杰斯法四比值法判斷

根據(jù)四比值的計(jì)算方法及判斷原則，同理將乙炔、乙烯、甲烷、氫氣、乙烷五鐘氣體的含量帶入四對(duì)比值(甲烷/氫氣、乙烷/甲烷、乙烯/乙烷、乙炔/乙烯)中進(jìn)行計(jì)算，得出四比值編碼為“2010”，對(duì)照故障性質(zhì)的判斷，得出故障類型為一般過(guò)熱故障。

另外，乙炔超過(guò)注意值30多倍，由于乙炔是放電故障的特征氣體，所以結(jié)合分析可判斷該電壓互感器存在過(guò)熱兼放電故障。

5 故障源溫度的估算

針對(duì)故障1色譜分析結(jié)果，由于三比值和四比值等判斷方法都能反映出比值與溫度的依賴關(guān)系，通常情況下，當(dāng)故障點(diǎn)溫度超過(guò)400 ℃時(shí)，比值與溫度成直線關(guān)系急劇上升。所以，針對(duì)該類型故障的互感器，將乙烯和乙烷的含量帶入溫度估算公式：T=322log(C2H4/C2H6)+525中，經(jīng)計(jì)算，其故障源溫度約為624.66 ℃，介于300～700 ℃之間，屬于中溫過(guò)熱，通過(guò)對(duì)故障源溫度估算，結(jié)合其他故障判斷方法，可診斷為該電壓互感器存在內(nèi)部過(guò)熱并兼有放電性故障。

6 絕緣油透明度及氣味的判斷

由于故障1設(shè)備從分析結(jié)果來(lái)看故障發(fā)生在電磁單元，所以將故障互感器電磁單元中的絕緣油置于光線充足的地方，觀察后發(fā)現(xiàn)其顏色呈暗淡黃色并且粘度較大，不是呈透明且略帶藍(lán)色，另外，用鼻子嗅發(fā)現(xiàn)氣味中帶有刺鼻的燒焦味，由此可判斷該電壓互感器內(nèi)部存在傷及到了設(shè)備內(nèi)部絕緣材料的過(guò)熱或放電故障。

7 故障原因分析

對(duì)于像CVT這種設(shè)備，其故障多見(jiàn)于下列原因。

(1) 絕緣受潮。當(dāng)設(shè)備直接進(jìn)水受潮時(shí)，往往絕緣突然擊穿，導(dǎo)致事故發(fā)生。這種事故是無(wú)法預(yù)知的。但是運(yùn)行中少油設(shè)備絕緣有很多是緩慢受潮的，這時(shí)從設(shè)備底部取油樣分析油中溶解氣體含量并配合其他判斷方法進(jìn)行故障原因的判斷。

(2) 制造質(zhì)量問(wèn)題。由于制造質(zhì)量不良，如絕緣不清潔，絕緣包繞松散，絕緣層間有皺折、空隙、少放電屏而造成均壓效果不佳，真空處理不徹底等。這類質(zhì)量缺陷會(huì)使設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生局部放電，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生樹(shù)枝狀放電，產(chǎn)生乙炔氣體。

(3) 末屏引線或接地線接觸不良，甚至斷線引起火花放電。這種情況在尚未導(dǎo)致絕緣擊穿前，火花放電將產(chǎn)生大量的氫氣、乙炔和其他烴類氣體，當(dāng)放電涉及固體絕緣時(shí)，還產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳。

因此得出結(jié)論：上述幾起電容式電壓互感器不論是電氣診斷性試驗(yàn)，還是絕緣油色譜分析試驗(yàn)結(jié)果都不符合規(guī)程規(guī)定，不能投入運(yùn)行，需立即更換。

(1) CVT故障后應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備的故障特點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行絕緣油色譜分析及電氣試驗(yàn)，以便確定故障是發(fā)生在電容分壓屏還是電磁單元。

(2) 針對(duì)像CVT這種設(shè)備，應(yīng)盡量縮短分析周期，并應(yīng)加強(qiáng)絕緣油色譜分析，以便及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部故障，進(jìn)而制定出科學(xué)的處理措施，防止設(shè)備燒毀及爆炸事故的發(fā)生。

8 預(yù)防措施

(1) 對(duì)電容式電壓互感器如發(fā)現(xiàn)滲漏油，應(yīng)停止使用。

(2) 當(dāng)電容式電壓互感器介損增長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)盡快予以處理或更換，避免發(fā)生事故。

(3) 應(yīng)注意對(duì)電壓互感器電磁單元部分進(jìn)行認(rèn)真檢查，當(dāng)阻尼器未接入時(shí)不得投入運(yùn)行，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常響聲時(shí)，應(yīng)將互感器退出運(yùn)行，進(jìn)行詳細(xì)試驗(yàn)、檢查并立即予以處理；當(dāng)測(cè)試電磁單元對(duì)地絕緣電阻時(shí)，應(yīng)注意內(nèi)接避雷器絕緣電阻的影響；當(dāng)采用自激法測(cè)試電容分壓器C1和C2的介損和電容量值時(shí)，應(yīng)注意控制N點(diǎn)電壓不超過(guò)3kV。

(4) 運(yùn)行期間應(yīng)經(jīng)常注意阻尼裝置的工作狀況，發(fā)現(xiàn)損壞或阻值變化并超過(guò)制造廠所允許的范圍時(shí)，應(yīng)停止使用，立即更換。

(5) 不要使二次側(cè)短路，以免因短路造成保護(hù)間隙連續(xù)火花放電，并造成過(guò)電壓而損壞設(shè)備。

(6) 運(yùn)行期間應(yīng)經(jīng)常檢查電容式電壓互感器的電氣連接及機(jī)械連接是否可靠與正常。

9 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)電容式電壓互感器因生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)、材料等因素的影響，為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)CVT在運(yùn)行中存在的內(nèi)部故障，必須定期對(duì)其進(jìn)行油色譜分析或?qū)ｍ?xiàng)普查，不論式電氣診斷性試驗(yàn)，還式絕緣油色譜分析，一旦發(fā)現(xiàn)其試驗(yàn)結(jié)果不合格，堅(jiān)決不能投入運(yùn)行，需立即更換。