220 kV電容式電壓互感器電磁單元過(guò)熱故障分析

胡永方，歐陽(yáng)卓，劉濱升

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司岳陽(yáng)供電分公司，湖南岳陽(yáng)414000)

220 kV電容式電壓互感器電磁單元過(guò)熱故障分析

胡永方，歐陽(yáng)卓，劉濱升

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司岳陽(yáng)供電分公司，湖南岳陽(yáng)414000)

文章介紹了電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)原理，分析了運(yùn)行中的220 kV電容式電壓互感器電磁單元故障引起的過(guò)熱現(xiàn)象，提出以紅外檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合停電診斷性試驗(yàn)的方法來(lái)進(jìn)行聯(lián)合故障診斷，診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠，并對(duì)電容式電壓互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和故障診斷提出了建議。

電容式電壓互感器；電磁單元；紅外檢測(cè)；診斷試驗(yàn)

由于電容式電壓互感器 (以下簡(jiǎn)稱CVT)具有沖擊絕緣強(qiáng)度高、體積小、制造簡(jiǎn)單，并能有效避免鐵磁諧振等優(yōu)點(diǎn)〔1〕，廣泛使用在110 kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。但由于其設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)等原因，導(dǎo)致CVT電磁單元內(nèi)部空間及各元件間的絕緣距離相對(duì)較小，且運(yùn)行過(guò)程中，經(jīng)常要承受電網(wǎng)的過(guò)電壓，運(yùn)行工況較差的影響。此外，目前CVT制造廠家眾多，裝配工藝參差不齊，部分廠家對(duì)原材料質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)，因此，目前CVT的電磁單元故障概率較電容單元明顯偏高〔2〕。

1 CVT的工作原理

圖1 220 kV電容式電壓互感器的電氣原理圖

CVT總體上可分為電容分壓器和電磁單元兩大部分。電容分壓器由高壓電容C1及分壓電容C2組成，電磁單元?jiǎng)t由中間變壓器、補(bǔ)償電抗器及限壓裝置、阻尼器等組成。220 kV電容式電壓互感器的電壓原理圖如圖1所示。在圖1中，C1為高壓電容，C2為分壓電容，T為中間變壓器，L為補(bǔ)償電抗器，Z為阻尼裝置，S為保護(hù)間隙，a，x為主二次繞組，af，xf為輔助二次繞組。補(bǔ)償電抗器L用來(lái)補(bǔ)償容抗壓降隨二次負(fù)荷變化對(duì)CVT準(zhǔn)確級(jí)的影響。阻尼器Z用于阻尼CVT內(nèi)部可能出現(xiàn)的鐵磁諧振，這是因?yàn)镃VT的電容分壓器、帶鐵芯的補(bǔ)償電抗器和中間變壓器，構(gòu)成了電容和非線性電感的串聯(lián)回路，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。

目前阻尼器主要有速飽和電抗型和諧振型兩種類型。速飽和電抗型阻尼裝置是靠鐵芯的快速飽和將電阻快速接入電容式電壓互感器回路，在工頻條件下，電抗器的阻抗很大，通過(guò)阻尼器的電流很小，通常只有幾十毫安，其功耗和儲(chǔ)能均很小；而當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，電抗器的電感急劇減小，將電阻迅速接入諧振回路，來(lái)吸收諧振能量，其具有良好的暫態(tài)響應(yīng)〔3〕。諧振型阻尼裝置是由電阻、電感和電容經(jīng)串并聯(lián)構(gòu)成，在工頻狀態(tài)下，電感和電容組成并聯(lián)諧振回路，整個(gè)阻尼裝置等效阻抗為無(wú)窮大，相當(dāng)于不接入；而發(fā)生分頻諧振時(shí)，電感、電容的諧振回路被破壞，阻尼器作為一個(gè)有效阻抗接入，來(lái)抑制諧振，但其暫態(tài)響應(yīng)不夠好〔4〕。

2 故障案例

2.1 故障簡(jiǎn)況

2014年11月 18日，發(fā)現(xiàn)220 kV某變電站220 kV出線A相CVT電磁單元有異常發(fā)熱現(xiàn)象，隨后對(duì)該CVT開(kāi)展紅外精確測(cè)溫。

環(huán)境條件為溫度21℃，濕度55%RH，天氣為晴朗，紅外檢測(cè)圖譜如圖2所示。

圖2 某CVT電磁單元紅外檢測(cè)圖譜

紅外精確測(cè)溫顯示，該CVT電磁單元確有發(fā)熱現(xiàn)象，測(cè)量最高溫度為68.4℃，為綜合致熱型缺陷。圖像特征為以整體溫升偏高，且中上部溫度大〔5〕。查閱歷史報(bào)告，該CVT為1995年西安電力機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)，型號(hào):

2.2 診斷試驗(yàn)與解體檢查

停電更換該相CVT，并對(duì)其進(jìn)行缺陷診斷試驗(yàn)并解體檢查。對(duì)該相CVT進(jìn)行外觀及油箱油位檢查，無(wú)明顯放電痕跡，油箱油位正常。

2.2.1 診斷試驗(yàn)情況

1)電容單元介損及電容量測(cè)量 (使用儀器: PH2801)，介損及電容量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示，與初始值 (2013年11月測(cè)試)比較，電容量初值差在合格范圍內(nèi)，小于標(biāo)準(zhǔn)要求值 (±2%)。與 《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》比較，介損數(shù)據(jù)小于標(biāo)準(zhǔn)值 (0.25%)，介損及電容量測(cè)試結(jié)果合格。

表1 介損及電容量數(shù)據(jù)

2)電磁單元絕緣電阻測(cè)試，電磁單元絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2所示，絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)合格，表明電磁單元一、二次繞組主絕緣良好。

表2 電磁單元絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù) MΩ

3)繞組直流電阻測(cè)試，在阻尼裝置拆除前后測(cè)試?yán)@組直流電阻，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表3所示，繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)合格，說(shuō)明繞組不存在斷路、短路現(xiàn)象。

表3 繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù) Ω

4)在阻尼裝置拆除前后測(cè)試變比，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表4所示，測(cè)試結(jié)果表明阻尼裝置對(duì)變比測(cè)試結(jié)果影響較大，不帶阻尼裝置的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際值接近，帶阻尼裝置的測(cè)試結(jié)果與實(shí)際值相差較大。所以，初步懷疑阻尼裝置存在缺陷。

表4 繞組變比測(cè)試數(shù)據(jù)

5)電磁單元的空載試驗(yàn)，選擇二次繞組端子af.xf加壓，分別在阻尼裝置拆除前后兩種情況下開(kāi)展空載試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5—6所示。

表5 空載數(shù)據(jù) (帶阻尼裝置)

表6 空載數(shù)據(jù) (不帶阻尼裝置)

空載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，阻尼裝置對(duì)測(cè)試結(jié)果影響顯著。帶阻尼空載加壓時(shí)，空載電流上升很快，空載損耗急劇增加，如空載電壓為50 V時(shí)，空載電流為4.31 A，損耗達(dá)到了215.91 W。不帶阻尼加壓時(shí)，電流上升平緩，同樣電壓50 V時(shí)，空載電流為0.093 A，損耗僅為2.987 W。所以，可以進(jìn)一步懷疑阻尼裝置存在缺陷，導(dǎo)致帶阻尼空載試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)異常。

6)鐵芯勵(lì)磁特性測(cè)試，選擇二次繞組端子a.x加壓，在阻尼裝置拆除后測(cè)試鐵芯勵(lì)磁特性曲線如圖3所示，拐點(diǎn)電壓71.07 V，電流0.298 4 A。拐點(diǎn)電壓偏低，約為額定工作電壓的1.25倍，鐵芯質(zhì)量尚可，不會(huì)造成正常工作電壓下的發(fā)熱缺陷。

圖3 CVT的勵(lì)磁特性曲線

通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果，可以判斷為是由于阻尼裝置損壞導(dǎo)致該CVT電磁單元的過(guò)熱故障。為了進(jìn)一步確定原因，找到發(fā)熱點(diǎn)，決定對(duì)電磁單元解體檢查。

2.2.2 解體檢查情況

放油完畢之后，首先對(duì)電磁單元各部分元件進(jìn)行外觀檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)阻尼電阻有嚴(yán)重?zé)购圹E (如圖4所示)，其余元件外觀無(wú)異常。元件進(jìn)行電氣參數(shù)測(cè)試，見(jiàn)表7所示。

表7 阻尼裝置中元件參數(shù)測(cè)試

結(jié)果表明阻尼電阻值和電感值數(shù)據(jù)正常，而電容器的電容量無(wú)法測(cè)出，電容器已被完全擊穿而形成導(dǎo)通。

圖4 阻尼電阻安裝位置及燒焦情況

3 故障原因分析

該阻尼器屬于諧振型阻尼裝置，由一個(gè)電感和電容并聯(lián)后與一個(gè)電阻串聯(lián)而成，原理圖如圖5所示。在正常工作狀態(tài) (工頻)下電感和電容處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，并聯(lián)支路相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài)，阻尼電阻R不接入；而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生操作過(guò)電壓時(shí)，電流中的分頻或高頻分量增加，導(dǎo)致阻尼裝置回路中電感、電容的并聯(lián)諧振條件被破壞，電阻 R接入，抑制諧振。

圖5 阻尼裝置Z原理結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)故障CVT進(jìn)行診斷試驗(yàn)和解體檢查，相互印證，綜合判斷，得出本次CVT電磁單元異常發(fā)熱的根本原因是由于阻尼裝置中的電容器在長(zhǎng)期工作電壓或內(nèi)部過(guò)電壓下被完全擊穿，導(dǎo)致工頻諧振條件被破壞，阻尼電阻在工作電壓下長(zhǎng)期接入引起發(fā)熱。

4 結(jié)語(yǔ)

1)CVT電磁單元異常發(fā)熱是由于阻尼裝置中的電容單元在長(zhǎng)期工作電壓或內(nèi)部過(guò)電壓下被完全擊穿，導(dǎo)致工頻諧振條件被破壞。阻尼電阻在工作電壓下長(zhǎng)期接入，流過(guò)較大電流引起阻尼電阻發(fā)熱，熱量擴(kuò)散導(dǎo)致整個(gè)電磁單元油箱出現(xiàn)過(guò)熱。

2)由電阻過(guò)流造成油箱發(fā)熱的缺陷具有溫升高且溫度上升快的特點(diǎn)，利用紅外熱像檢測(cè)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于老舊CVT，應(yīng)結(jié)合季節(jié)性專業(yè)化巡檢，進(jìn)行精確測(cè)溫，尤其是帶有諧振型阻尼裝置的電磁單元，應(yīng)有詳細(xì)檔案記錄，巡檢時(shí)重點(diǎn)關(guān)注，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。

3)紅外熱像檢測(cè)技術(shù)能夠有效地發(fā)現(xiàn)CVT電磁單元的發(fā)熱缺陷。在進(jìn)行紅外檢測(cè)時(shí)應(yīng)對(duì)發(fā)熱部位進(jìn)行縱橫向比較，避免漏判和錯(cuò)判。

〔1〕韓芳，遲殿林.TVC在運(yùn)行中出現(xiàn)的幾個(gè)故障實(shí)例 〔J〕.東北電力技術(shù)，2002，23(8):40-42.

〔2〕姜炯挺，劉鵬，夏巧群，等.對(duì)一起電容式電壓互感器過(guò)熱故障的綜合判斷 〔J〕.供用電，2012，29(6):63-66.

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〔5〕帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范:DL/T664—2008〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

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Analysis on an overheat fault of electromagnetic unit of 220 kV capacitive voltage transformer

HU Yongfang，OUYANG Zhuo，LIU Binsheng

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 414000，China)

The structure principles of capacitive voltage transformer(CVT)are introcluced and the overheating phenomena caused by internal fault of electromagnetic unit are analyzed in the paper.Based on infrared detection technology，a method combined with the power failure diagnostic test is proposed to diagnose the fault accurately and reliably.Finally some proposals on field detection and faults diagnosis of CVT are presented.

capacitive voltage transformer(CVT)；electromagnetic unit；infrared detection technology；diagnostic test

TM451.2

B

1008-0198(2016)04-0073-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.019

胡永方(1984)，男，碩士研究生，工程師，從事過(guò)電壓及電氣試驗(yàn)方面的工作。

2015-12-10 改回日期:2016-03-07

歐陽(yáng)卓(1987)，男，碩士研究生，工程師，從事過(guò)電壓及電氣試驗(yàn)方面的工作。

劉濱升(1987)，男，碩士研究生，從事過(guò)電壓及電氣試驗(yàn)方面的工作。