220kV電容式電壓互感器二次電壓?jiǎn)蜗喈惓Ｔ囼?yàn)分析

鐘世青

摘要：電力行業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)我國其它行業(yè)發(fā)展迅速。電容式電壓互感器（CapacitorVoltageTrans-former，以下簡(jiǎn)稱CVT）因?yàn)轶w積小、價(jià)格低、沖擊絕緣強(qiáng)度高、不易產(chǎn)生系統(tǒng)諧振等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于110kV及以上電力系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：220kV電容式電壓互感器;二次電壓?jiǎn)蜗喈惓Ｔ囼?yàn)

引言

我國電力行業(yè)自改革開放發(fā)展至今已經(jīng)取得了非常不錯(cuò)的成就。電容式電壓互感器（CVT）的工作原理是由串聯(lián)電容器先分壓，再經(jīng)過電磁式電壓互感器降壓和隔離。與傳統(tǒng)電磁式電壓互感器相比，CVT具有沖擊絕緣強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、成本低、運(yùn)行可靠，維護(hù)方便并可兼做高頻載波通信的耦合電容等優(yōu)點(diǎn)，但是由于CVT內(nèi)部即有電容分壓?jiǎn)卧钟须姶艈卧浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，每當(dāng)CVT發(fā)生缺陷時(shí)，要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)以及特性了如指掌才能分析出故障原因及所在。

1工作原理

電容式電壓互感器主要有兩部分組成：電容單元及電磁單元，如圖1所示。C1、C2組成電容單元，C1為高壓電容，C2為分壓電容。電容單元將母線電壓變換成10～20kV的中間電壓。中間變壓器及補(bǔ)嘗電抗器組成電磁單元，中間變壓器將中間電壓變換成所需要的二次電壓，補(bǔ)償電抗器補(bǔ)償電容單元的等效阻抗形成諧振回路，降低電容單元等效電容對(duì)回路壓降的影響及二次回路負(fù)荷變化對(duì)二次電壓的影響，確保二次電壓與一次電壓獲得正確的相位及幅值關(guān)系。由此可見，電容單元的電容變化及電磁單元的變化都會(huì)對(duì)二次電壓測(cè)量帶來一定的影響。

2故障情況

某現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)220kV正母Ⅱ段A相CVT二次電壓與以往測(cè)量值比起來偏高，而且該組壓變3UO為其他組3倍以上。該段每季度測(cè)量檢測(cè)一次，查閱該段CVT前幾次電壓歷史記錄，A相電壓增幅為2.24%，該組壓變?cè)龃?.17倍。發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）A相CVT瓷瓶表面出現(xiàn)嚴(yán)重臟污;（2）A相CVT電磁單元儲(chǔ)油柜油位偏高;（3）三相CVT表面均無滲漏油現(xiàn)象。

3故障分析

（1）二次線圈直流電阻試驗(yàn)，工作人員首先對(duì)該故障設(shè)備3個(gè)二次線圈進(jìn)行了直流電阻試驗(yàn)并將試驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)換到20℃與出廠銘牌值對(duì)比。3個(gè)二次線圈直阻值較出廠銘牌值無明顯差異，因此可以判斷此CVT二次電壓異常并不是由于電磁單元中間變壓器二次線圈部分匝間短路引起的。（2）絕緣電阻試驗(yàn)，停電后，對(duì)設(shè)備各部分進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)試。依據(jù)國家電網(wǎng)公司Q/GDW1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)分壓電容C2絕緣電阻明顯低于規(guī)程注意值，其他部位絕緣未見異常。（3）介質(zhì)損耗及電容量試驗(yàn)，對(duì)該故障CVT各分壓電容進(jìn)行介質(zhì)損耗及電容量的測(cè)試，C12和C2連接處有中間試驗(yàn)抽頭，對(duì)C11、C12、C2這3部分電容均可用正接線方法進(jìn)行測(cè)試，。從數(shù)據(jù)不難判斷出C2介損及電容量較試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別有明顯增長(zhǎng)，其中介損值較試驗(yàn)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)164.52%，增量為0.153%，并且介損絕對(duì)值0.246%已逼近規(guī)程中規(guī)定的0.25%的注意值;其電容量增量為9.8%，也已超出±2%的警示值。C11與C12的介損及電容量測(cè)試值均正常。C2電容量明顯增長(zhǎng)也驗(yàn)證了電壓互感器二次回路電壓帶電測(cè)試中二次電壓低于正常值的現(xiàn)象。由此推斷，由于C2電容量增大，引起電容分壓比的改變而導(dǎo)致CVT二次輸出電壓下降的現(xiàn)象。排除設(shè)備及試驗(yàn)環(huán)境因素的影響，懷疑C2電容量增大可能是因?yàn)殡娙萜翐舸┗蛘邍?yán)重受潮。（4）局部放電試驗(yàn)，工作人員將故障設(shè)備運(yùn)回高壓試驗(yàn)大廳后，對(duì)其進(jìn)行了局部放電測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)明顯局部放電圖譜，局部放電起始電壓為71kV，熄滅電壓為64kV，在1.2Um/3電壓下局部放電量達(dá)到162pC，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)程中在1.2Um/3下保持1min局部放電量不大于10pC的注意值，因此判斷設(shè)備內(nèi)部存在局放缺陷。（5）設(shè)備解體情況，為了進(jìn)一步確定缺陷原因，將設(shè)備進(jìn)行了解體。拆解后未發(fā)現(xiàn)電容層間有放電或擊穿痕跡，但在檢查第2節(jié)瓷套C12和C2的中間抽頭時(shí)發(fā)現(xiàn)抽頭螺絲有明顯且較嚴(yán)重的銹蝕痕跡。因此C2電容量增長(zhǎng)的原因排除了電容屏的擊穿，是內(nèi)部受潮引起的。

4故障原因初析

系統(tǒng)B、C兩相運(yùn)轉(zhuǎn)正常，紅外熱像檢測(cè)顯示A相比B、C相溫度高5℃，可以初步判斷是A相CVT故障。檢查發(fā)現(xiàn)二次回路各端子連接情況均完好，各電容分壓器低壓端N點(diǎn)接地皆可靠，各避雷器低壓端子接地皆可靠，各補(bǔ)償電抗器低壓端子接地皆可靠。假設(shè)此時(shí)高壓電容C1完好，構(gòu)成中壓電容C2的內(nèi)部部分電容發(fā)生了擊穿短路，則C2電容量增大，則系統(tǒng)運(yùn)行中C2分得的電壓將減少，從而造成T二次側(cè)輸出電壓降因?yàn)橐淮蝹?cè)電壓的降低而降低;假設(shè)此時(shí)C2電容完好，構(gòu)成高壓電容C1的內(nèi)部部分電容被擊穿短路，則C1電容量增大，則運(yùn)行中C2分得的電壓將增大，從而造成T二次側(cè)輸出電壓因?yàn)橐淮蝹?cè)電壓的升高而升高，與本次出現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合。

5結(jié)論及建議

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、計(jì)算分析及試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)，可得出如下結(jié)論。（1）二次電壓異常時(shí)CVT故障的主要現(xiàn)象，包括二次電壓波動(dòng)、二次電壓變大、二次電壓變小等。在遇到CVT二次電壓異常時(shí)首先進(jìn)行外觀檢查，重點(diǎn)檢查滲油和漏油，然后根據(jù)現(xiàn)象，分析可能的原因。（2）若測(cè)得某相各部分絕緣電阻數(shù)據(jù)正常，則基本可以排除因絕緣不良、分壓電容接地端未接地而引起二次電壓異常的因素。（3）若某相電磁單元儲(chǔ)油柜的油位超過上限值，說明可能因?yàn)槊芊鈸p壞該相電容單元絕緣油流入電磁單元，可能會(huì)出現(xiàn)部分電容單元暴露在空氣中而形成部分單元電容擊穿損壞。（4）當(dāng)二次電壓輸出值在59.09V～60.34V之間，可以認(rèn)為輸出正常，當(dāng)超過該范圍時(shí)可以根據(jù)表2初步進(jìn)行電容分壓器損壞位置及個(gè)數(shù)的判斷。（5）要加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)，并廣泛應(yīng)用紅外成像儀、紫外成像儀等監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，便于及早發(fā)現(xiàn)問題。建立完善的試驗(yàn)、維護(hù)和檢修制度，規(guī)范試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、處理制度，制定設(shè)備全生命周期運(yùn)行維護(hù)方案。

結(jié)語

綜合以上直阻、絕緣電阻、介損及電容量及局部放電測(cè)試和設(shè)備解體情況分析：該故障CVT出廠至今已服役22年，由于CVT分壓電容C2首段引出的試驗(yàn)抽頭螺絲密封性下降，C2絕緣長(zhǎng)時(shí)間深度受潮，導(dǎo)致N點(diǎn)絕緣電阻下降，同時(shí)其介損和電容量明顯增長(zhǎng)。由于電容量增長(zhǎng)改變了3個(gè)分壓電容之間的分壓比，所以才引起了運(yùn)行電壓下二次線圈電壓降低的現(xiàn)象。在所管轄變電站范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)，同批次、同結(jié)構(gòu)類型帶有中間試驗(yàn)抽頭結(jié)構(gòu)的電容式電壓互感器，加強(qiáng)紅外測(cè)溫工作，并結(jié)合停電計(jì)劃性工作進(jìn)行統(tǒng)一排查;上報(bào)計(jì)劃，加快更換特老舊CVT設(shè)備更換速度，尤其是投運(yùn)20年以上的設(shè)備;推廣CVT的相對(duì)介質(zhì)損耗和電容量比值帶電測(cè)試項(xiàng)目。

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