500 kV電容式電壓互感器介質(zhì)損耗異常分析及處理

饒 蕾，劉國建，韓尊占，何 強(qiáng)，熊 舟

(中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133)

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器和中間變壓器等電磁單元組成，在電力系統(tǒng)高電壓等級(jí)中有著廣泛應(yīng)用。其主要作用是通過串聯(lián)電容器分壓，再經(jīng)電磁式互感器和隔離，將高電壓按比例關(guān)系變換成100 V或更低等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置取用[1]。

耗角正切值(簡稱介損)和電容量測(cè)試是CVT的檢修試驗(yàn)項(xiàng)目之一，由此可以靈敏的發(fā)現(xiàn)絕緣劣化、受潮及電容元件擊穿等運(yùn)行缺陷[2]?！峨娏υO(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定：對(duì)于20 kV以上的電容式電壓互感器每1～3年對(duì)其絕緣電阻及介質(zhì)損耗、電容介損進(jìn)行測(cè)量[3]。

本文通過對(duì)某電廠某線路B相電容式電壓互感器預(yù)防性試驗(yàn)中上節(jié)電容介損超標(biāo)的情況討論其原因的分析過程以及提出相應(yīng)的處理意見[4]，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。該電站500 kV出線電容式電壓互感器(CVT)型號(hào)為TYD500/√3-0.005 H，其高壓側(cè)額定電壓為500/√3。

1 電壓互感器原理

圖1所示為電容式電壓互感器電路圖。

圖1 電容式電壓互感器電路圖

CVT主要由電容分壓器、電磁裝置和保護(hù)裝置等組成[1]，其中，電容分壓器由高壓電容器C1(主電容器)和串聯(lián)電容器C2(分壓電容器)組成。C1由圖1中3個(gè)電容C11、C12、C13組成，分壓電容器C2的作用是進(jìn)行電容分壓。分壓電容器經(jīng)過電磁式電壓互感器將分壓電容器上的電壓降低至所需的二次電壓值。某電廠共裝設(shè)17條500 kV出線，每條出線均設(shè)有500 kV電容式電壓互感器。其作用主要用于采集線路電壓及波形等信息量用于保護(hù)和測(cè)量使用。電容式電壓互感器中各分壓電容器的電容及介質(zhì)損耗的測(cè)量可反映出該電容是否有臟污、受潮或電容元件是否擊穿等絕緣缺陷。

2 試驗(yàn)原理

tanδ被稱為介質(zhì)損耗角的正切，它是交流電壓下電介質(zhì)中的有功分量和無功分量的比值，是一個(gè)無量綱的數(shù)，反應(yīng)的是電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小[2]。介質(zhì)在交流電壓作用下絕緣的等值電路和相量圖如圖2所示。

圖2 CVT上端電容介損測(cè)量等值電路圖和相量圖

CVT上端電容介損測(cè)量采用正接法，正接線法適用于被測(cè)試品兩端對(duì)地絕緣，高壓直接加在被測(cè)試品兩端。CVT上端電容介損測(cè)量原理圖見圖3[4]。

圖3 正接法原理

在試驗(yàn)時(shí)，接線端接在CVT的一次接線端(端子板)，信號(hào)端接CVT上節(jié)與中節(jié)導(dǎo)體連接部分，構(gòu)成測(cè)量回路。

3 試驗(yàn)及其結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)過程

某電廠進(jìn)行某線路B相電容式電壓互感器預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，環(huán)境溫度18℃，濕度50%，在測(cè)量B相CVT上節(jié)電容及介損時(shí)，出線介損超標(biāo)的現(xiàn)象。圖4為試驗(yàn)流程圖。

圖4 試驗(yàn)流程

在檢查測(cè)量電氣回路完整，試驗(yàn)線均已懸空，即試驗(yàn)方法及操作過程均正確后，正接法測(cè)量CVT上節(jié)介損超標(biāo)。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 B相CVT上節(jié)電容及介損測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

依據(jù)DL/T596-2011《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中第12章12.2.1中對(duì)電容式電壓互感器的電容分壓器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)膜紙電容的介損注意值為0.2%，DL/T393《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定10 kV下介損注意值為0.25%。第一次測(cè)量結(jié)果不合格。

為確保試驗(yàn)方法及干擾對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響，嘗試通過不同的測(cè)量方法[5]。試驗(yàn)過程及方法。

1)嘗試從上下兩端及換線、換儀器、加屏蔽線的方式進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表2所示。

表2 不同測(cè)量方法下的電容及介損

2)正接法從上節(jié)上端加壓，中節(jié)上端取信號(hào)，嘗試在不同電壓下的介損值及電容值如表3所示。

表3 不同電壓下的介損值及電容值

通過不同試驗(yàn)方法下試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，試驗(yàn)結(jié)果均不滿足國標(biāo)要求。

3.2 原因分析

tanδ的測(cè)量與介質(zhì)的溫度、濕度、內(nèi)部有無氣泡、缺陷部分體積大小等有關(guān)系[3]。為排除溫度、濕度影響，分別在環(huán)境溫度16℃，濕度70%)和環(huán)境溫度18℃，濕度50%兩種情況下均對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果無差別。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)CVT本體檢查，發(fā)現(xiàn)CVT一次接線端螺栓銹蝕，圖5所示螺栓銹蝕。由CVT上節(jié)電容結(jié)構(gòu)圖(圖6)中可看，CVT的一次接線端與高壓電容法蘭通過圖5中的金屬板連接在一起，金屬板與一次接線端通過圖5中4個(gè)螺栓連接在電容法蘭上，由于CVT安裝在戶外，金具頭與電容上端法蘭接觸面長期被雨水浸漬導(dǎo)致生銹，試驗(yàn)過程中該處的接觸電阻(設(shè)為R1)變大。

圖5 CVT一次接線端螺栓銹蝕

圖6 CVT上節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 等值電路圖

圖8 相量圖

嘗試改變接線方式，將上端加壓位置引至上蓋，如圖9所示，將因螺栓銹蝕部分接觸電阻踢除試驗(yàn)電路中，試驗(yàn)結(jié)果合格[6]。測(cè)量值如表4所示。

圖9 優(yōu)化后接線方式

表4 B相CVT上節(jié)電容及介損測(cè)量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由此可見，B相CVT上節(jié)介損不合格是由CVT上端螺栓生銹，加壓端接觸電阻變大引起的。

原理上，該處一次接線端與電容法蘭間電壓差為零。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，螺栓銹蝕對(duì)電容量的測(cè)量暫無影響。建議縮短試驗(yàn)周期及在下輪檢修中將銹蝕元件進(jìn)行更換。

4 結(jié) 語

本文通過CVT預(yù)防性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CVT上節(jié)電容介損大，分析原因，發(fā)現(xiàn)加壓端銹蝕引起該處的接觸電阻較大，從而引起介損測(cè)量值的偏差。戶外設(shè)備的環(huán)境因?qū)υO(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量影響較大，在對(duì)容性試品試驗(yàn)時(shí)，加壓端由于銹蝕、臟污或涂層存在會(huì)導(dǎo)致接觸電阻較大，影響被試品介損和電容量的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，甚至?xí)绊懙綄?duì)設(shè)備性能、狀態(tài)的判斷。因此，試驗(yàn)時(shí)，在對(duì)容性試品進(jìn)行介損及電容量測(cè)試時(shí)，應(yīng)盡可能的保證測(cè)試回路接觸良好、可靠，保證測(cè)量回路的完整性，排除環(huán)境因素的影響。