20 kV及以下電磁式電壓互感器模擬運行狀態(tài)試驗的運用

蔣文彬，龔雙建(華能湖南岳陽發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南岳陽414002)

20 kV及以下電磁式電壓互感器模擬運行狀態(tài)試驗的運用

蔣文彬，龔雙建
(華能湖南岳陽發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南岳陽414002)

研究了通過對電磁式電壓互感器進行模擬運行狀態(tài)的加壓試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)快速有效的判斷電磁式電壓互感器的絕緣狀態(tài)和負載性能是否良好，二次回路是否正常，從而為設(shè)備能否安全可靠投入運行提供了有力的參考依據(jù)。

電磁式電壓互感器；模擬運行；絕緣性能

電磁式電壓互感器是火力發(fā)電廠重要的電力設(shè)備，某電廠20 kV及以下電磁式電壓互感器，運行中曾發(fā)生過發(fā)電機出口20 kV電磁式電壓互感器匝間短路導(dǎo)致機組非停的事故，在查找故障以及后續(xù)的電磁式電壓互感器檢查中，首創(chuàng)運用了通過模擬電磁式電壓互感器運行狀態(tài)的試驗來快速有效判斷其絕緣狀態(tài)是否良好的方法，有效補充了現(xiàn)行文獻〔1〕《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》的不足，增強了預(yù)防性試驗方法的靈活性和多樣性。

1 電磁式電壓互感器的原理及結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

電壓互感器簡稱TV，是將一次(高壓)側(cè)交流電壓按照額定電壓比轉(zhuǎn)換成可供電測儀表、繼電保護裝置或者控制裝置使用的二次(低壓)側(cè)電壓的變壓設(shè)備；其工作原理與電力變壓器相同，見圖1〔2〕。在一個閉合的鐵芯上，繞有一次繞組和二次繞組，其絕緣強度要求和同電壓等級的變壓器大致相同。電壓互感器的一次繞組匝數(shù)很多，而二次繞組匝數(shù)很少。工作時，一次繞組接入供電系統(tǒng)的一次電路中，而二次繞組接儀表測量回路、繼電保護回路。二次繞組的額定電壓一般為100 V或100/3 V。

圖1 電磁式電壓互感器原理圖

1.2 絕緣結(jié)構(gòu)

電磁式電壓互感器，主要有油浸紙絕緣和環(huán)氧樹脂固體絕緣兩種。目前多數(shù)20 kV及以下的互感器多采用固體絕緣澆注式，受澆注材料及工藝的影響，在澆注過程中很難做到完全消除氣泡，由于TV內(nèi)部層間、匝間含有氣泡的數(shù)量、大小具有很大的分散性和不確定性，因此隨運行時間的不同，TV發(fā)生局部放電導(dǎo)致匝間短路的時間也不同，氣泡越小、越少安全運行的時間就越長〔2－4〕。

2 電磁式電壓互感器的試驗項目

為判斷電磁式電壓互感器絕緣性能是否良好，能否安全可靠投入運行，按照文獻〔1，5〕要求，應(yīng)對互感器進行交接和預(yù)防性試驗，其項目主要有:繞組絕緣電阻、繞組直流電阻、絕緣油、交流耐壓、局部放電測量、空載電流、電壓比等試驗。

3 電磁式電壓互感器模擬運行狀態(tài)試驗的運用

3.1 模擬運行狀態(tài)試驗的目的和方法

發(fā)電機出口TV由于絕緣老化或故障原因，一旦發(fā)生繞組匝間短路故障，將導(dǎo)致發(fā)電機定子接地保護動作，其故障查找較為困難，常規(guī)試驗手段也難以準確發(fā)現(xiàn)故障點，針對TV匝間問題常用的較為有效的手段為局放試驗和三倍頻耐壓試驗〔2〕，但受現(xiàn)場環(huán)境制約和試驗設(shè)備限制，需將TV拆回實驗室測量，甚至需要送至有資質(zhì)的檢驗單位進行檢測，耗費人力財力和耽誤時間，影響機組的投運，往往造成較大經(jīng)濟損失。

模擬運行狀態(tài)試驗的目的:檢查TV一、二次繞組的絕緣狀態(tài)，判斷匝間絕緣是否存在問題；檢查互感器帶負載能力及負載是否正常；檢查二次回路接線是否正確。

互感器模擬運行狀態(tài)試驗的方法:用試驗變壓器、電流表、電壓表、二次負載及其監(jiān)測設(shè)備，對電磁式TV進行零起分級升壓至額定運行電壓，見圖2。在各點電壓下記錄TV高壓側(cè)電流、電壓，TV二次側(cè)電流、電壓，保護屏上二次測量回路上的電流、電壓，比較同類型TV各點試驗電壓下的試驗數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定且無明顯變化者判斷為合格。

圖2 現(xiàn)場零起升壓試驗接線

3.2 模擬運行狀態(tài)試驗的運用

1)判斷繞組匝間短路以及TV負載能力的實際運用

2013年1月14日，該電廠3號發(fā)電機運行中發(fā)生定子100%接地保護動作，導(dǎo)致機組跳閘。經(jīng)過一系列檢查和試驗，發(fā)電機試驗正常(絕緣、直阻、交直流耐壓均合格)，發(fā)電機中性點變壓器試驗正常(絕緣、直阻均合格)、20 kV封閉母線交流耐壓試驗正常、20 kV避雷器試驗正常(絕緣、直流泄漏均合格)、發(fā)電機出口TV絕緣、直阻試驗正常，單元變、主變絕緣試驗正常，常規(guī)試驗方法已經(jīng)無法明確判斷故障點。根據(jù)以往系統(tǒng)出現(xiàn)的問題和25項反措說明，懷疑為發(fā)電機出口TV匝間短路引起。由于無原始試驗數(shù)據(jù)，無法比對TV空載電流試驗，且當時無局放儀和三倍頻耐壓試驗裝置，為了快速有效找出故障點，嘗試通過模擬TV運行狀態(tài)試驗來進行檢測。當試驗至編號05J－04的TV時，電壓僅加至900 V，試驗變壓器輸入電流已超過10 A，導(dǎo)致試驗變壓器保護跳閘。再將其它正常TV的同類二次負載換至該TV，現(xiàn)象依舊，由此判斷該TV存在匝間短路現(xiàn)象。

1月20日，更換新TV，當試驗至編號13J－01新TV時，電壓僅加至3 000V，試驗變壓器輸入電流超過15 A，試驗變壓器保護跳閘，更換負載，現(xiàn)象相同，由此判斷該TV也存在問題。解除TV負載，該TV空升至額定電壓正常，帶上負載故障復(fù)現(xiàn)。該TV出廠試驗報告合格(感應(yīng)耐壓200Hz，65 kV，15 s局放28.8 kV/16.6 kV放電量25/10 pC)，更換前進行了從一次側(cè)感應(yīng)耐壓后的降壓過程中的局放測量(1.2 Um/3，即16.6 kV)，局放11.8 pC，正常。根據(jù)試驗結(jié)果判斷該TV帶不起負載，初步認為其鐵芯存在易飽和問題或低壓繞組還是存在輕微匝間短路。

此后新投運TV不僅按規(guī)程項目做好交接試驗，而且應(yīng)該實施模擬運行狀態(tài)試驗測試。實際工作和案例證明該試驗方法簡單、有效，可操作性強，能夠快速有效地判斷電磁式電壓互感器的絕緣及負載性能。2016年，在另外兩機組檢修中，運用該方法對發(fā)電機出口TV進行了運行狀態(tài)的模擬，確保了發(fā)電機重要附屬設(shè)備的安全可靠性，也為電廠節(jié)約了檢修資金，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益。

2)判斷二次回路接線是否正確的實際運用

2014年5月，該電廠繼電保護人員發(fā)現(xiàn)3號發(fā)電機故障錄波電壓波形異常，存在零序電壓，且三相波形不平滑存在三次諧波，電壓采樣于6 kV U3A段，懷疑6 kV U3A段母線TV存在異常。對母線TV實施模擬運行狀態(tài)試驗，發(fā)現(xiàn)任何一相施加電壓時，發(fā)電機故障錄波三相電壓顯示同時都有波形，只是波形和幅值三相不一致，由此判斷互感器二次回路出現(xiàn)異常。用220 V調(diào)壓器單獨在二次端子排上分相施加57 V電壓，各相波形正常，從而確定了故障錄波儀至二次端子排回路無故障。后經(jīng)仔細排查二次回路系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)TV小車與二次回路連接用的插把線內(nèi)部N端子開焊斷開，造成保護二次回路N端子未接地。當模擬運行狀態(tài)試驗時，通過N線將電壓串至其它兩相，造成故障錄波儀在單相試驗時出現(xiàn)三相同時都有波形。修復(fù)焊點后試驗正常，投入運行后零序電壓消失，三次諧波消失，三相波形正常。

4 結(jié)論

電磁式電壓互感器模擬運行狀態(tài)試驗的運用，有效補充了現(xiàn)行預(yù)試規(guī)程對TV交流耐壓、局放和空載試驗的不足之處，該方法現(xiàn)場可操作性強，節(jié)約資本，能夠快速有效判斷TV是否存在匝間短路、負載能力是否正常，保護二次回路接線是否正確，TV能否安全投入運行，同時也為排查設(shè)備故障提供了新的試驗手段。

〔1〕中華人民共和國電力工業(yè)部.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程: DL/T 596—1996〔S〕.北京:中國電力出版社，1997:46-48.

〔2〕陳天祥，萬寅仲，海世杰.電氣試驗(第2版)〔M〕.北京:中國電力出版社，2010:139-140，148-149.

〔3〕李建明，朱康.高電壓設(shè)備試驗方法(第2版)〔M〕.北京:中國電力出版社，2005:178-184，298-317.

〔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:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001:390-392.

〔5〕中華人民共和國建設(shè)部，中國電力企業(yè)聯(lián)合會.電氣裝置安裝工程(電氣交接試驗標準):GB50150—2006〔S〕.北京:中國計劃出版社，2006:24-27.

Application of the Simulated Operation State Test of Electromagnetic Potential Transformer w ith 20 Thousands Volts and Below

JIANGWenbin，GONG Shuangjian
(Huaneng Hunan Yueyang Power Plant Co.Ltd.，Yueyang 414002，China)

This paper analyzes the simulated operating state test of electromagnetic potential transformer.The test results are used to estimate the electromagnetic potential transformer's insulation property，load performance and proper functionality of secondary circuit.It can provide good reference to the transformer's operation condition.

electromagnetic potential transformer(TV)；running condition imitation；insulating property

TM451

B

1008-0198(2017)03-0034-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.009

2016-10-11

蔣文彬(1970)，湖南瀏陽人，從事絕緣技術(shù)監(jiān)督工作。