電容式電壓互感器諧振型阻尼器故障機理及試驗分析

王建，陳玉峰，朱文兵，吳奎華，高靜

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250021；3.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，濟(jì)南250102）

電容式電壓互感器諧振型阻尼器故障機理及試驗分析

王建1，陳玉峰1，朱文兵1，吳奎華2，高靜3

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003；2.國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南250021；3.山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，濟(jì)南250102）

分析電容式電壓互感器（CVT）及其諧振型阻尼器的工作原理和故障產(chǎn)生的機理，詳述針對CVT阻尼器的測試方法，通過該試驗可發(fā)現(xiàn)CVT潛伏性故障，預(yù)防事故發(fā)生。結(jié)合一起典型事故，對阻尼測試法進(jìn)行了驗證說明。

電容式電壓互感器；諧振型阻尼器；電磁單元；阻尼測試法

0 引言

CVT是電力系統(tǒng)的主要部件之一，用于實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，將高電壓轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)低電壓信號，提供給測量儀器、儀表、保護(hù)或控制裝置。相比電磁式電壓互感器（inductive voltage transformers），CVT具有絕緣裕度大、造價低等特點，廣泛應(yīng)用于110 kV及以上的系統(tǒng)，并逐漸擴(kuò)展到35 kV系統(tǒng)。目前，CVT主要采用阻尼裝置抑制諧振，常見阻尼器有4類：電阻型阻尼器、諧振型阻尼器、電子型阻尼器和速飽和電抗型阻尼器。相比其他幾種阻尼器，諧振型阻尼器應(yīng)用范圍較廣，主要討論諧振型阻尼器的結(jié)構(gòu)原理，并分析常見故障產(chǎn)生機理及檢測預(yù)防方法［1-2］。

圖1 電容式電壓互感器電路

1 工作原理

CVT是一種由電容分壓器和電磁單元組成的電壓互感器，電磁單元包括中間變壓器和電抗器。CVT電容分壓器和電磁單元的設(shè)計和相互連接使電磁單元的二次電壓與線路一次電壓基本上成正比，連接方向正確時，相角差接近于零［2］，CVT結(jié)構(gòu)原理見圖1。結(jié)構(gòu)有兩種：一種是單元式結(jié)構(gòu)，其分壓器和電磁單元分別為一個單元，可在現(xiàn)場組裝，中壓連線外露；另一種是整體式結(jié)構(gòu)，分壓器和電磁單元合裝在一個瓷套內(nèi)，中壓連線不外露，無法使電磁單元同電容分壓器兩端斷開［4］。

電磁單元包括中間變壓器、補償電抗器、二次回路等組成。二次回路通常包括二次繞組和輔助繞組［4］。諧振型阻尼器安裝于互感器中間變壓器的二次側(cè)輔助繞組上，諧振型阻尼器的結(jié)構(gòu)原理見圖2。

圖2 諧振型阻尼器原理電路

圖中，CR為諧振型阻尼器電容；LR為諧振型阻尼器電感；RR為阻尼電阻；UDN為中間變壓器剩余繞組電壓。

當(dāng)調(diào)諧電感LR與電容CR，在諧振頻率（通常為工頻）發(fā)生并聯(lián)諧振時，阻抗無窮大，相當(dāng)于開路，電流很小，通常只有100~1 000 mA；當(dāng)出現(xiàn)低頻分次鐵磁諧振時，LC并聯(lián)諧振狀態(tài)破壞，阻尼電阻開始發(fā)揮作用，消耗分頻諧波功率，實現(xiàn)阻尼分頻諧振。當(dāng)工頻時，電容和電抗器參數(shù)不匹配時，阻尼器諧振頻點發(fā)生漂移，在工頻時，并聯(lián)阻抗不再為無窮大，此時，電流增大，并超過限值要求，電流長期通過阻尼電阻，導(dǎo)致發(fā)熱，進(jìn)一步引起油箱過熱，甚至導(dǎo)致電容擊穿、爆炸。

2 試驗方法及要求

2.1 試驗方法

CVT缺陷中，電磁單元故障比例最高。通常電磁單元溫度過高，可能存在內(nèi)部缺陷。阻尼器為電磁單元的重要組成部分，建議對阻尼回路進(jìn)行測試，判斷諧振頻點是否正常。

諧振型阻尼器的阻尼回路測試接線見圖3。在額定工作頻率，利用調(diào)壓器對交流電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，為阻尼回路提供所需試驗電壓。此時，對阻尼回路電流進(jìn)行測量，并記錄、分析試驗結(jié)果。

2.2 試驗要求

對CVT停電后，解開一次接線，阻尼回路通過短接二次端子盒內(nèi)的da、dn端子，打開d1、d2之間連接片，對回路進(jìn)行檢查，確保接線正確，并注意禁止出現(xiàn)二次短路。在d1、d2之間施加有效值為100 V的工頻電壓，測試阻尼回路電流Iz。

圖3 阻尼電流測試接線

根據(jù)CVT型式、規(guī)格、廠家說明確定判據(jù)（參考值），其會隨著CVT型號、電壓等級不同而有所區(qū)別。當(dāng)電流測量值大于參考值時，判定阻尼回路處于正常狀態(tài)，否則，認(rèn)為阻尼回路存在故障，做進(jìn)一步檢查。

此外，在阻尼器部件更換、維修后，應(yīng)對諧振型阻尼器電容加以測量。實際電容應(yīng)在額定電容規(guī)定的溫度下測量，或通過計算換算到該溫度下的值，電容溫度系數(shù)換算見式（1）［5］。

式中：Tc為電容變化率，單位為K-1；ΔC為溫度間隔ΔT時的電容變化量；C20℃為20℃時測得的電容值。

按照本定義，ΔC／ΔT僅當(dāng)電容在所探討的范圍內(nèi)為溫度的近似線性函數(shù)時，方可使用，如果不是線性函數(shù)，則電容與溫度的關(guān)系以圖形或數(shù)據(jù)表格來表示。

測得電容值要求在交接時，電容值偏差不超過出廠值的±5%；運行中，在環(huán)境溫度下測得的電容對額定電容的相對偏差應(yīng)不超過-5%~+10%［3，5］。

對于電容分壓器，電容式電壓互感器制造方可以要求較小的電壓比偏差，其值應(yīng)按具體情況下的協(xié)議確定。

3 典型案例

3.1 故障特征

某站進(jìn)行紅外測溫，發(fā)現(xiàn)B相CVT變壓器油箱上部明顯發(fā)熱，電磁單元溫度異常，監(jiān)視運行后，判斷可能存在內(nèi)部缺陷，進(jìn)行了停電解體檢查試驗［6］。

3.2 故障設(shè)備情況

該CVT運行環(huán)境為35kV線路，技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 CVT技術(shù)參數(shù)

3.3 試驗檢查情況

經(jīng)檢查，引線、各部件外觀均無異常，且無放電痕跡，油稍顯渾濁，可見性差。因該CVT為諧振型阻尼器，初步分析，為阻尼器失諧所致。

單獨測量阻尼回路的諧振電容，測量值為202 μF，滿足限值要求范圍。

廠家要求，當(dāng)Ud1d2=100 V時，Iz≤800 mA，故障相CVT測試結(jié)果為：當(dāng)Ud1d2=100 V時，Iz=6 A，廠家提供阻尼器伏安特性曲線與阻尼器更換電容后實測伏安特性曲線比對見圖4，可知Iz在規(guī)定工作電壓超過規(guī)定值，阻尼器存在故障。

圖4 阻尼器伏安特性曲線

3.4 故障原因分析

該CVT由于諧振電容故障，曾由廠家人員現(xiàn)場對電容進(jìn)行了更換。更換后，電容實際測量值為202 μF，雖滿足原電容參量值200 μF所要求范圍的-5%~+10%，但由于新電容與出廠時原電容參量仍存在一定偏差，與原有諧振電感不匹配，使得阻尼器偏離諧振頻點［7-8］。

通過本次解體檢查分析，確認(rèn)該CVT電磁單元異常發(fā)熱原因為更換電容后未調(diào)節(jié)電抗器電感值，正常運行狀態(tài)下阻尼回路未達(dá)到并聯(lián)諧振狀態(tài)，使得阻尼電阻長期通流所致。

3.5 改進(jìn)和預(yù)防措施

CVT重要部件更換，建議返廠。如需現(xiàn)場更換的，需廠家派有經(jīng)驗的技術(shù)人員，維護(hù)調(diào)試。特別是諧振器電容更換后，需經(jīng)技術(shù)人員調(diào)節(jié)諧振電抗，確保阻尼器參數(shù)匹配，在規(guī)定諧振頻點，處于諧振狀態(tài)。

此外，阻尼回路試驗法簡單易行，可安排于解體檢查前，初步排除CVT電磁單元缺陷。

4 結(jié)語

CVT故障率較高，其中尤以電磁單元故障占多數(shù)。通過阻尼回路測試法，可及早便捷地發(fā)現(xiàn)CVT是否存在諧振頻點偏移缺陷。結(jié)合紅外檢測技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)等先進(jìn)手段，對于該類缺陷的早期發(fā)現(xiàn)，及時處理，具有顯著效果。

［1］印華，王勇，宋偉，等.電容式電壓互感器常見故障及原因分析［J］.電工技術(shù)，2007（10）：70-71.

［2］陳敏維，李棣，季征南，等.一起電容式電壓互感器絕緣在線監(jiān)測案例分析［J］.高壓電器，2012，48（5）：99-104.

［3］GB／T 19749—2005耦合電容器及電容分壓器［S］.

［4］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.

［5］劉剛，江波.電容式電壓互感器故障分析及預(yù)防措施［J］.變壓器，2012，49（9）：68-72.

［6］董國華.一臺220 kV電容式電壓互感器的故障分析［J］.電力電容器與無功補償，2005（1）：39-40.

［7］國家電網(wǎng)公司運維檢修部.電網(wǎng)設(shè)備帶電檢測技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2015.

［8］鄭堅強，陶濤，萬文博.淺析一例110 kV電容式電壓互感器二次電壓失壓故障［J］.變壓器，2012，49（7）：73-76.

Fault Mechanism and Tests for Resonator Damper of Capacitor Voltage Transformers

WANG Jian1，CHEN Yufeng1，ZHU Wenbing1，WU Kuihua2，GAO Jing3
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China；3.Shandong Institute for Product Quality Inspection，Jinan 250102，China）

The operational principle and the fault mechanism of the capacitor voltage transformer（CVT）and its resonator damper were analyzed.The test method of the CVT damper was discussed，by which the latent failure of the CVT could be found.Finally，combined with a typical fault，the damping measurement was elaborated.

capacitor voltage transformer；resonator damper；electromagnetic unit；damping measurement

TM451.2

A

1007－9904（2016）12－0005－03

2016-06-09

王建（1983），女，博士，工程師，從事電氣設(shè)備檢測與狀態(tài)評價工作。

國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院技術(shù)革新項目（2016-18）