電容式電壓互感器故障初期診斷分析與研究

摘 要：電容式電壓互感器（簡稱CVT）內(nèi)部輕微故障缺陷，主要通過停電高壓試驗發(fā)現(xiàn)，而高壓試驗受試驗周期的限制。同時，CVT內(nèi)部輕微故障時，其表象往往比較隱秘，常規(guī)巡視維護(hù)、紅外線成像等措施故障診斷準(zhǔn)確性低，不能滿足高壓設(shè)備狀況的動態(tài)跟蹤要求。文章總結(jié)500kv東莞變電站四次成功及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中500kv電容式電壓互感器內(nèi)部輕微故障的經(jīng)驗，提出運(yùn)行中電容式電壓互感器故障診斷方法，該方法實際應(yīng)用可操作性強(qiáng)、效果良好。

關(guān)鍵詞：CVT；電壓互感器；電容式電壓互感器；故障診斷；電壓偏差

引言

目前電容式電壓互感器監(jiān)測手段主要四種，高壓試驗是發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷的最重要手段，但高壓試驗受設(shè)備試驗周期的限制；紅外成像能夠有效監(jiān)測和診斷設(shè)備較嚴(yán)重的異常，但對于CVT故障初期正確診斷率不高；CVT二次電壓監(jiān)測是發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部初期故障的有效手段，但目前由于缺乏數(shù)據(jù)測量規(guī)范和評價標(biāo)準(zhǔn)；外觀檢查只適合發(fā)現(xiàn)外觀方面的明顯缺陷。

2012年500kv東莞站發(fā)現(xiàn)四起CVT高壓電容C1部分被擊穿事件，本文通過總結(jié)這四起故障成功排除經(jīng)驗，提出一套簡單、可操作性強(qiáng)的CVT故障初期診斷方法，并建議將該方法納入相關(guān)規(guī)范和評價標(biāo)準(zhǔn)。

1 工作原理及主要結(jié)構(gòu)

圖1 電氣原理圖 圖2 主要結(jié)構(gòu)圖

互感器是由電容分壓器分壓，中壓變壓器將中間的電壓變?yōu)槎坞妷?，補(bǔ)償電抗器電抗與互感器漏抗之和與等值容抗XL=ZC=1÷[？棕（C1+C2）][4]串聯(lián)諧振以消除容抗壓降隨二次負(fù)荷變化引起的電壓變化，可使電壓穩(wěn)定。其電氣原理圖見圖1所示，C1、C2分別為電容分壓器的高低壓電容；T為中間變壓器；L為補(bǔ)償電抗器；P為L的保護(hù)間隙；a～n，da～dn為中間變壓器二次端子；Zn為阻尼器；虛框范圍為CVT電磁單元。其主要結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，500kv CVT的電容分壓器，由上、中、下三節(jié)電容器單元串聯(lián)組成，上節(jié)單元為電容C11，中節(jié)單元為電容C12，下節(jié)載波電容單元內(nèi)部包括C13和C2。每節(jié)電容單元內(nèi)部由140個小電容串聯(lián)而成。C11=C12=140個電容單元串聯(lián)，C13=118個電容單元串聯(lián)，C2=22個電容單元串聯(lián)。

2 電壓互感器電壓異常情況

500kv東莞站采用廠家為：桂林電力電容器總廠，型號為：TYD-500/√3 -0.005H的電壓互感器。500kv采用是3/2結(jié)線方式，兩段母線并列運(yùn)行，如圖3。測量二次電壓時發(fā)現(xiàn)二次電壓異常情況見表1，相同時刻后臺監(jiān)控一次電壓見表3。根據(jù)圖3和表1、表2數(shù)據(jù)分析有：1、由于各條線路和兩段母線是并列運(yùn)行，因此各線路電壓應(yīng)基本相同；2、#4主變A相（58.2）、東惠甲線A（58.1）、B（58.3）相、500kv 2M（61.1）與其它電壓數(shù)據(jù)（60.2至60.7）偏差約4%，而且相間電壓同樣存在偏差并大大超過電壓互感器銘牌規(guī)定的0.5%誤差[1][3]；3、初步判斷上述四組電壓互感器存在問題。下文以排查500kv 2M母線 CVT故障為例進(jìn)行分析。

3 電壓異常原因分析

3.1 分壓電容部分擊穿，電容式電壓互感器采用電容分壓原理設(shè)計，施加在各節(jié)電容上的一次電壓與自身的電容量成反比關(guān)系，則若高壓電容C1部分擊穿，C1總電容會增加，輸出電壓會升高；若中壓電容C2部分擊穿，C2總電容增加。輸出電壓會降低。

3.2 電壓互感器二次回路接線端子松動，產(chǎn)生過渡電阻，導(dǎo)至負(fù)載端電壓異常。

3.3 中間變壓器繞組匝間短路導(dǎo)致變比k發(fā)生變化，一般電壓變化較大，電壓變化、保護(hù)起動、溫度異常等故障現(xiàn)象比較明顯。

4 故障排查情況

4.1 歷史電壓數(shù)據(jù)分析

由圖4 500kv母線電壓歷史數(shù)據(jù)可知道，在6月29日兩段母線一次電壓差（？駐U=U2-U1）由原來的1.5kv突變到3.05kv，到7月2日？駐U突變到4.56kv。初步認(rèn)為2M高壓電容C1于29日部分擊穿，7月2日再度惡化，之后一直穩(wěn)定這個值。查看相關(guān)規(guī)定，目前還沒有一次電壓允許誤差范圍的規(guī)范要求。

4.2 紅外線成像分析

圖4 500kV母線電壓歷史數(shù)

圖5 CVT熱成像圖

圖6 二次電壓回路圖

使用FLIR公司生產(chǎn)的P20紅外線測溫儀對500kv母線CVT進(jìn)行測溫對比，從圖5分析兩母線CVT紅外熱像圖無異常熱點(diǎn)，溫差也正常。其中CVT相同部位最大溫差為0.1K，1M CVT上中下三節(jié)電容最大溫差為0.3K，2M CVT相上中下三節(jié)電容最大溫差為0.4K，均未超出電力設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范要求[2]，未能發(fā)現(xiàn)CVT故障缺陷。

4.3 二次回路故障排除

為排查是否電壓互感器二次回路故障導(dǎo)致母線CVT電壓異常，我們進(jìn)行了CVT二次繞組帶二次負(fù)載運(yùn)行及徹底隔離二次負(fù)載兩種情況對比試驗。CVT二次電壓回路圖見圖6。試驗條件：（1）采用同一高精度儀表；（2）在同一系統(tǒng)電壓情況下；（3）在CVT端子箱進(jìn)行測量，選擇測量a1對n1（即1P34對1P40），a2對n2（即1P36對1P41）端電壓，減少回路電阻R1、R2及接地電阻引起的誤差。

從表3數(shù)據(jù)分析有以下結(jié)論：（1）CVT二次繞組輸出的繞組端電壓（a1-n1）不受二次負(fù)載影響；（2）一次電壓相對誤差0.91%，二次電壓相對誤差0.96%，不符合CVT二次繞組準(zhǔn)確級0.2級（兩相CVT最大誤差小于2×0.2%=0.4%）；（3）500kv II母線CVT二次兩個繞組的偏差一致，屬于共模誤差，較大可能是CVT一次部分元件參數(shù)偏離引起。

表3 CVT帶負(fù)載運(yùn)行及徹底隔離二次負(fù)載實測電壓數(shù)據(jù)

4.4 停電高壓試驗

停電進(jìn)行高壓試驗情況見表4，發(fā)現(xiàn)CVT上節(jié)電容C11電容值與銘牌值相差1.3%，中節(jié)C12與銘牌值相差0.989%，以上數(shù)據(jù)未超出規(guī)程值[3]。由于擊穿一只電容偏差 ，所以判斷高壓電容C1可能擊穿二只電容。為此增加比差和角差試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)角差符合規(guī)程[3]，比差為0.6%，超過電壓互感器準(zhǔn)確級0.2級要求，確定其存在缺陷。

表4 CVT介質(zhì)損耗

4.5 CVT解體分析

對500kv 2M CVT上節(jié)及中節(jié)進(jìn)行取油樣化驗，結(jié)果表明：1、上節(jié)乙炔：461.55uL/L，中節(jié)乙炔：2632.39uL/L，大大超過乙炔注意值：2 uL/L；2、上節(jié)和中節(jié)的乙炔含量表明曾發(fā)生過嚴(yán)重的放電。解剖本體后發(fā)現(xiàn)C11電容內(nèi)兩個元件擊穿，C12電容內(nèi)一個元件擊穿，與表5中電容值數(shù)據(jù)基本吻合。

5 結(jié)束語

通過正確測量和系統(tǒng)分析電容式電壓互感器二次電壓，能夠在不停電情況下監(jiān)測到CVT初期故障且診斷率較高，但目前尚沒有電壓允許誤差方面的規(guī)范要求，也缺乏這方面的實際經(jīng)驗總結(jié)，本文通過總結(jié)這四起故障成功排除經(jīng)驗，結(jié)合測量儀器精度、測量方法誤差、系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)分布、CVT精確度誤差等因素提出一套簡單、可操作性強(qiáng)的CVT故障初期診斷方法，并建議將該方法納入相關(guān)規(guī)范和評價標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：（1）測量CVT二次電壓應(yīng)選擇最靠近二次繞組地方，采取a1對n1、a2對n2測量方法，才能較真實直接反映繞組端電壓。（2）二次電壓相差1%設(shè)備，列入為重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備，因縮短監(jiān)測周期。（3）二次電壓相差2%設(shè)備，列入為一般缺陷設(shè)備，做好跟蹤，防止進(jìn)一步惡化。（4）二次電壓相差5%設(shè)備，列入為重大缺陷設(shè)備，盡快申請停電試驗。（5）二次電壓相差8%設(shè)備，列入為重大缺陷設(shè)備，條件容許因立即申請停電檢。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：黃志軒（1979-），男，本科，電氣工程師、技師，研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制。