電容式電壓互感器電磁單元發(fā)熱分析

尚國(guó)良，李 娜

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276003）

電容式電壓互感器電磁單元發(fā)熱分析

尚國(guó)良1，李 娜2

（1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，濟(jì)南 250118；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276003）

由紅外測(cè)溫儀發(fā)現(xiàn)一起電容式電壓互感器電磁單元發(fā)熱故障，隨后對(duì)該互感器電磁單元進(jìn)行解體檢查。通過(guò)對(duì)中間變壓器空載試驗(yàn)以及阻尼回路阻尼電流的測(cè)量，確認(rèn)阻尼回路的諧振電容故障是導(dǎo)致電磁單元發(fā)熱的根源。提出電容式電壓互感器紅外巡視方案以及異常的排查方法，方便及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器發(fā)熱故障隱患。

電容式電壓互感器 ；電磁單元發(fā)熱；阻尼器；諧振電容器

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）作為重要的輸變電設(shè)備，與電磁式電壓互感器相比，不僅可防止出現(xiàn)因互感器鐵芯飽和而引起的鐵磁諧振，還具有經(jīng)濟(jì)和安全上的優(yōu)勢(shì)［1-2］。系統(tǒng)過(guò)電壓和運(yùn)行年限往往造成電壓互感器二次阻尼元器件的劣化、損壞，從而導(dǎo)致電壓互感器異常發(fā)熱，影響設(shè)備健康運(yùn)行［3］。對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫診斷可以有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱故障，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。紅外測(cè)溫診斷是保障電網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。

2015年5月，500 kV沂蒙變電站運(yùn)維人員通過(guò)紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)1臺(tái)35 kV電容式電壓互感器存在發(fā)熱故障，初步判斷為CVT電磁單元存在故障。隨后對(duì)其更換處理，避免了一次因設(shè)備發(fā)熱故障導(dǎo)致設(shè)備停電的事故。

1 設(shè)備故障的發(fā)現(xiàn)

2015年5月，巡檢機(jī)器人在日常巡視中發(fā)現(xiàn)35 kV 4號(hào)母線電容式電壓互感器B相電磁單元溫度異常。隨后運(yùn)維人員進(jìn)行了精確測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)B相電磁單元油箱溫度高達(dá)30.3℃，而A、C兩相僅為22.5℃，并發(fā)現(xiàn)且B相二次電壓比同組的A、C相升高約3 V。

圖1為該組CVT三相的紅外熱像圖。從圖中可看到三相電容單元溫度基本一致，且與平時(shí)巡視溫度無(wú)差異，初步排除電容單元本體異常；而三相電磁單元油箱溫差達(dá)8 K，遠(yuǎn)超過(guò)DL／T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》電壓致熱型設(shè)備診斷判據(jù)中“電壓互感器溫差不超過(guò)2～3 K”的要求，初步判斷B相CVT電磁單元內(nèi)部存在故障。

圖1 互感器紅外測(cè)溫圖譜

停電后，對(duì)B相電容式電壓互感器進(jìn)行了準(zhǔn)確度測(cè)量。分別在 0.8Un、1.0Un、1.2Un下，通過(guò)1a1n線圈測(cè)試產(chǎn)品準(zhǔn)確度。1a1n繞組容量為50 VA，準(zhǔn)確度為0.2 S，輕載時(shí)按2.5 VA接入負(fù)荷。測(cè)試數(shù)據(jù)如表1、表2所示，表1為接入阻尼器時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)，表2為未接入阻尼器時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)要求，可以看出正常接入阻尼器時(shí)，0.8Un及1.0Un下其準(zhǔn)確度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但1.2Un下比差增長(zhǎng)較大。不接入阻尼器時(shí)，3個(gè)測(cè)試電壓下誤差均符合要求。由此可判斷，電容單元、中間變壓器一次繞組及補(bǔ)償電抗器匝間絕緣均無(wú)異常，阻尼回路可能存在問(wèn)題。

該CVT電磁單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，其中AT為電磁單元一次線圈高壓端子（與電容單元抽頭連接端子），L為補(bǔ)償電抗器，諧振電容器Cx和諧振電抗器 Lx組成并聯(lián)諧振回路，再和阻尼電阻 R串聯(lián)組成諧振型阻尼器。正常運(yùn)行時(shí)，阻尼回路通過(guò)短接二次端子盒內(nèi)的d1、d2端子接入。

圖2 電磁單元結(jié)構(gòu)原理

當(dāng)阻尼回路電感、電容故障導(dǎo)致并聯(lián)諧振失諧時(shí)，中間變壓器流過(guò)較大電流，引起溫度異常升高。為保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，將該CVT進(jìn)行了更換，并對(duì)該CVT進(jìn)行解體檢查。

2 解體檢查

2.1 電容單元檢查

對(duì)電容單元進(jìn)行了介質(zhì)損耗因數(shù)（以下簡(jiǎn)稱介損）及電容量試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果如表3所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出電容單元電容量及介損均在正常范圍內(nèi)，判斷電容單元無(wú)異常。

2.2 電磁單元檢查試驗(yàn)

對(duì)解體后的電磁單元進(jìn)行空載、阻尼電流等試驗(yàn)［4］。首先對(duì)中間變壓器二次繞組 dadn施加工頻電壓，在 1.0Un、1.2Un分別測(cè)量空載電流及損耗，測(cè)試結(jié)果見表4。從測(cè)試結(jié)果可以看出空載電流及損耗值均在正常范圍內(nèi)，判斷中間變壓器無(wú)匝間擊穿及短路缺陷。

表1 準(zhǔn)確度測(cè)試數(shù)據(jù)（接入阻尼器）

表2 準(zhǔn)確度測(cè)試數(shù)據(jù)（未接阻尼器）

表3 電容分壓器電容、介損測(cè)量

表4 變壓器空載電流及損耗

對(duì)阻尼回路電流值進(jìn)行測(cè)量。如圖3所示，打開d1、d2之間的連接片，將da、dn短接，給 d1、d2之間施加100 V工頻電壓測(cè)試阻尼電流。

圖3 阻尼電流測(cè)試接線

測(cè)試過(guò)程中，在加壓至40 V時(shí)，阻尼電流便達(dá)到1 780 mA，超過(guò)“100 V下小于1 A（廠家設(shè)備技術(shù)要求）”的要求。因此初步判斷阻尼回路損壞。由于儀器容量輸出限制，未能加壓至100 V。

圖4 電磁單元解體

用電容表測(cè)量阻尼回路中諧振電容器的電容值，測(cè)得電容量80 μF，遠(yuǎn)小于（200±10%）μF的要求值（廠家設(shè)備技術(shù)要求），判斷諧振電容損壞。諧振電容器在電磁裝置中的位置如圖4所示。

3 故障分析及措施

3.1 故障分析

本次故障CVT采用諧振型阻尼器，并接在額定電壓為 100 V的剩余電壓繞組dadn上。諧振電容Cx和電感 Lx在工頻下調(diào)至并聯(lián)諧振狀態(tài)，此時(shí)回路阻抗很高，只有很小的電流流過(guò)阻尼電阻。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)程或CVT二次短路消除時(shí)，由于中間變壓器鐵心飽和將可能產(chǎn)生鐵磁諧振，鐵磁諧振頻率一般為1／3、1／5或1／7次分頻諧波［5］。在鐵磁諧振過(guò)程中，由于頻率發(fā)生變化，阻尼回路的并聯(lián)諧振條件破壞，阻抗下降，二次電流劇增，瞬時(shí)在阻尼電阻上消耗很大功率，導(dǎo)致CVT電磁單元部分溫度升高。

此次故障CVT諧振電容器采用自愈式電容器，這種電容器在有放電擊穿時(shí)，會(huì)依靠擊穿能量蒸發(fā)擊穿點(diǎn)周圍的金屬極板涂層，快速恢復(fù)絕緣，但電容量會(huì)減小。當(dāng)擊穿點(diǎn)較多或擊穿面積較大時(shí)，電容量減小較多，其自恢復(fù)絕緣能力降低，會(huì)加速內(nèi)部介質(zhì)的擊穿直至電容器短路。如果諧振電容器外殼密封不好，電磁裝置中的絕緣油進(jìn)入諧振電容器，引起電容器內(nèi)部金屬極板脫落，絕緣性能降低，也會(huì)導(dǎo)致諧振電容器電容量降低甚至擊穿。由于諧振電容器電容量減小，諧振阻尼器失諧，阻尼回路電流大幅增大，導(dǎo)致一次繞組電流大幅增加，中間變壓器產(chǎn)熱嚴(yán)重，造成其發(fā)熱明顯高于其他相。

3.2 措施

在日常巡視中，定期用紅外測(cè)溫儀測(cè)量電磁單元溫升的變化，同組互感器溫度相差應(yīng)不超過(guò)2℃。如果有設(shè)備溫度超出其他設(shè)備溫度2℃，則須對(duì)該設(shè)備二次電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果二次電壓異常，則可能是諧振回路故障引起電磁裝置發(fā)熱，須對(duì)諧振回路進(jìn)行維修。

對(duì)二次電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同組互感器三相電壓不平衡率應(yīng)不超過(guò)1%。如果三相不平衡電壓超過(guò)1%，則有可能是中間變壓器一次繞組發(fā)生匝間擊穿，須盡快對(duì)該設(shè)備進(jìn)行更換。如果繼續(xù)運(yùn)行，則會(huì)引起擊穿面積增大，最終導(dǎo)致二次失壓，影響運(yùn)行安全。

對(duì)電磁單元存在缺陷懷疑時(shí)，可按圖3所示接線方法測(cè)量阻尼器回路的阻尼電流。若在100 V電壓下，阻尼電流不大于1 A，則阻尼回路正常，否則諧振回路器件存在問(wèn)題，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注諧振電容器。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)互感器阻尼回路中諧振電容器損壞時(shí)，會(huì)引起輔助繞組dadn及一次繞組電流增大，如不及時(shí)處理，會(huì)造成中間變壓器繞組發(fā)熱、絕緣老化、匝間擊穿。一旦匝間短路則電流將會(huì)繼續(xù)增大，變壓器繞組無(wú)法承受發(fā)熱量，最終造成整個(gè)中間變壓器燒毀，二次失壓。

通過(guò)與設(shè)備廠家溝通，從故障出現(xiàn)到整個(gè)中間變壓器燒毀大概為1～3個(gè)月。如果紅外檢測(cè)到位，會(huì)有足夠的時(shí)間發(fā)現(xiàn)缺陷，避免設(shè)備燒毀事故發(fā)生。根據(jù)所介紹的紅外熱像巡視方案及預(yù)防性試驗(yàn)方法，可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，保證設(shè)備及電網(wǎng)的安全。

［1］馬朝華.電容式電壓互感器暫態(tài)特性研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2007.

［2］GB 4703—2001電容式電壓互感器［S］.

［3］劉瀟.110 kV電容式電壓互感器電磁單元發(fā)熱分析［J］.技術(shù)與市場(chǎng)，2014，21（12）：63-65.

［4］孫波.無(wú)分壓抽頭電容式電壓互感器（CVT）的整體試驗(yàn)［J］.安徽電力，2006，3（4）：38-40.

Electromagnetic Unit Heating Analysis of Capacitor Voltage Transformers

SHANG Guoliang1，LI Na2
（1.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China；2.State Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

An electromagnetic unit heating fault of a capacitor voltage transformer（CVT）is monitored by the infrared temperature measuring instrument.Subsequently，the electromagnetic unit of the mutual inductor is disintegrated to check.By the no-load test of the intermediate transformer and the damping current test of the damping circuit，it is confirmed that the resonant capacitor failure of the damping circuit is the reason of the heating of the electromagnetic unit.The infrared inspection scheme of CVT and the investigation method of the abnormity are put forward，by which CVT heating fault can be found convenient and timely.

CVT；electromagnetic unit heating；damper；resonant capacitor

TM451

：B

：1007－9904（2017）04－0074－03

2016-12-17

尚國(guó)良（1989），男，從事變電站設(shè)備檢修工作；

李 娜（1988），女，從事變電站設(shè)備檢修工作。