基于紅外熱成像檢測(cè)電容式電壓互感器油箱異常發(fā)熱現(xiàn)象的原因分析

李瑞環(huán)++關(guān)毅豐++麥榮煥

摘 要：本文通過對(duì)某電容式電壓互感器在日常巡視檢查中發(fā)現(xiàn)其油箱中上部異常發(fā)熱的現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，并提出了同類設(shè)備的日常運(yùn)行維護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：互感器；電力系統(tǒng)；運(yùn)行維護(hù)

中圖分類號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

電壓互感器是電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)、自動(dòng)控制、信號(hào)指示等方面不可缺少的設(shè)備。通常用電壓互感器將高電壓變換成低電壓，配備適當(dāng)?shù)谋碛?jì)來進(jìn)行測(cè)量。電壓互感器在正常運(yùn)行時(shí)接近于空載，如在運(yùn)行狀態(tài)下電壓互感器的二次線圈短路，則二次阻抗大大減小，就會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流，使二次線圈因嚴(yán)重發(fā)熱而燒毀，將危及設(shè)備及人身安全。

1.故障現(xiàn)象

某年4月12日，某部門在對(duì)110kV變電站的變電設(shè)備進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某條110kV出線間隔A相線路電容式電壓互感器（CVT）油箱中上部異常發(fā)熱，與相鄰的正常CVT對(duì)比溫差達(dá)4℃。初步懷疑該CVT電磁單元部分存在缺陷。

2.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

4月13日，某部門對(duì)此CVT進(jìn)行了絕緣電阻、電容量和介損、變壓比、二次繞組直流電阻等項(xiàng)目試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。同時(shí)取油箱絕緣油進(jìn)行了色譜和水分試驗(yàn)。

由于該CVT雖沒有油鏡，但現(xiàn)場(chǎng)無明顯滲漏油痕跡，基本排除缺油引起發(fā)熱可能；端子箱密封良好，絕緣油水分試驗(yàn)合格內(nèi)部，排除進(jìn)水受潮可能；絕緣油的油中氣體含量色譜分析無異常，排除油箱內(nèi)部放電可能；根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合運(yùn)行中一、二次電壓正常，排除二次繞組匝間短路可能。初步判斷高壓部分電容器正常，懷疑發(fā)熱是位于油箱內(nèi)部的絕緣件或中間變壓器異常發(fā)熱所致。為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，將該CVT進(jìn)行了更換。

3.解體分析診斷情況

把高壓電容器和電磁單元分離，以對(duì)該CVT進(jìn)行解體分析診斷。油箱內(nèi)絕緣油清澈無雜質(zhì)，中間變壓器等元件完全浸泡在絕緣油中，但有一電阻大部分位于液面以上。按照該CVT的中間變壓器電氣原理（圖1），該電阻為中間變壓器二次剩余繞組af-xf的諧振型阻尼器的阻尼電阻R（R=9Ω）。

根據(jù)諧振型阻尼器的電氣原理，CVT在額定頻率下，阻尼器的電容器和電抗器處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，其阻抗極大，對(duì)阻尼電阻相當(dāng)于開路，電阻不發(fā)熱。如CVT發(fā)生諧振時(shí)，打破了電容器和電抗器的諧振條件，電阻上有電流通過，電阻消耗能量，破壞CVT的諧振，達(dá)到消除CVT諧振的作用。當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)破壞電感和電容的諧振條件，此時(shí)電阻上也有電流通過。

在中間變壓器正常接線狀態(tài)下，一次側(cè)加工頻電壓并保持在運(yùn)行電壓。中間變壓器運(yùn)行正常，無異響，絕緣油無涌流或冒泡。紅外熱成像跟蹤元件發(fā)熱情況，其他元件無明顯發(fā)熱現(xiàn)象，阻尼電阻R隨著加壓時(shí)間的增加，溫度由原來的25℃逐漸上升，約8min時(shí)，溫度基本穩(wěn)定在43℃左右。此時(shí)二次剩余繞組af-xf保持額定電壓100V，鉗表測(cè)試其通過電流為0.80A。

根據(jù)當(dāng)天CVT的運(yùn)行數(shù)據(jù)，CVT沒有發(fā)生諧振情況。而給中間變壓器模擬加壓，阻尼電阻發(fā)熱，故此初步判斷電容器或電抗器的特性參數(shù)發(fā)生了變化，額定頻率下不在諧振狀態(tài)，阻尼電阻上有電流通過，導(dǎo)致發(fā)熱。

分別測(cè)量電容器的電容值C和電抗起的電感值L，C為288μF，L為38.7mH。計(jì)算容抗=11.06Ω，感抗ωL=12.15Ω，容抗不等于感抗，說明電容器和電抗器不在諧振條件。計(jì)算電容器和電抗器的總阻抗為X=123.28Ω，與阻尼電阻串聯(lián)后的總阻抗為Z=123.61Ω。以二次剩余繞組af-xf額定電壓100V計(jì)算，通過阻尼電阻R的電流I=0.81A，與模擬加壓時(shí)測(cè)得的電流0.80A接近。

直接在阻尼電阻兩端通入0.8A的工頻電流，紅外熱成像跟蹤其發(fā)熱情況，約8min時(shí)，溫度基本穩(wěn)定在45℃左右，與模擬加壓情況相同。

電容器外觀檢查良好、極對(duì)殼絕緣電阻合格；電抗器外觀檢查良好，繞組、鐵芯對(duì)地絕緣電阻合格。由于電容器和電抗器均沒有銘牌，在電容器和電抗器中，懷疑電容器故障的概率較大。

對(duì)電容器進(jìn)行解體分析。電容器共由8只電容元件并聯(lián)組成，其中4只外觀有不同程度的燒蝕痕跡。分別測(cè)量各電容元件電容值（單位μF），無燒蝕痕跡的分別為34、33、33、33，有燒蝕痕跡的分別為47、41、35、33，總和289?？梢?，電容元件正常電容值約為33μF，有燒蝕痕跡的電容元件中3只的電容值則有不同程度地增大。假設(shè)電容元件正常電容量為33μF，8只電容元件的總電容量為264μF，以此電容值計(jì)算的并聯(lián)諧振電抗器的電感值為38.4mH，與實(shí)測(cè)的38.7mH接近。

由此可見，3只電容元件部分擊穿后，導(dǎo)致電容器和電抗器不在諧振條件，運(yùn)行中阻尼電阻有約0.8A的電流通過，電阻發(fā)熱。由于阻尼電阻部分位于油位以上，長(zhǎng)期發(fā)熱引起了油箱上部氣體和絕緣油異常發(fā)熱，導(dǎo)致CVT紅外熱成像時(shí)油箱中上部異常發(fā)熱。

結(jié)語

（1）二次剩余繞組af-xf的諧振型阻尼器電容器部分擊穿，導(dǎo)致電容器和電抗器不在諧振條件，運(yùn)行中阻尼電阻有電流通過，發(fā)熱使油箱上部氣體和絕緣油異常發(fā)熱，是導(dǎo)致CVT紅外熱成像時(shí)油箱中上部異常發(fā)熱的直接原因。

（2）運(yùn)行中CVT油箱發(fā)熱，可能有以下原因：①油箱缺油?？赏ㄟ^檢查油箱是否滲漏油、油鏡觀察油位等方法確定油箱油量是否足夠。②進(jìn)水受潮。可取絕緣油進(jìn)行微水試驗(yàn)確定油箱是否進(jìn)水受潮。③二次回路短路。檢查端子箱密封是否良好，內(nèi)部是否進(jìn)水以及是否接線錯(cuò)誤引起二次回路短路。④接線不良或無接。檢查端子箱接線是否接線不良或無接引起懸浮電位，尤其CVT低壓端N須可靠接地。⑤中間變壓器異常發(fā)熱或放電?？扇〗^緣油進(jìn)行油色中溶解氣體色譜分析，檢查是否產(chǎn)生特征氣體及用三比值法來判斷發(fā)熱或放電類型，并結(jié)合運(yùn)行中一、二次電壓，變比及二次繞組直流電阻來綜合分析判斷。⑥諧振型阻尼器故障。阻尼器的電容器或電抗器特性參數(shù)發(fā)生變化，額定頻率下不在諧振狀態(tài)，阻尼電阻上有電流通過，引起發(fā)熱，此時(shí)需對(duì)CVT進(jìn)行解體分析。若排除缺油、二次回路短路和接線不良等原因，確診為內(nèi)部故障，建議對(duì)CVT進(jìn)行更換，解體進(jìn)行進(jìn)一步的分析判斷。

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