某220 kV電容式電壓互感器異常診斷分析

佘立偉，毛興華，鄒學偉，林朋遠

(國網(wǎng)湖南省電力有限公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421001)

電壓互感器在電網(wǎng)中是實現(xiàn)電壓一次側(cè)向二次側(cè)轉(zhuǎn)化的設(shè)備，起著監(jiān)控電網(wǎng)運行的重要作用，電壓互感器發(fā)生故障將直接影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[1-4]。目前系統(tǒng)中運行電壓互感器主要包括:電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器 (以下簡稱CVT)，相比于電磁式電壓互感器，CVT能有效降低系統(tǒng)諧振故障，因此被廣泛引用在電力系統(tǒng)中，但受制造質(zhì)量、安裝工藝及運行環(huán)境等因素影響，近年來故障頻發(fā)，給整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來威脅。

本文對一起220 kV的CVT二次無電壓及發(fā)熱異常故障案例進行分析，并給出了CVT故障分析及處理相應(yīng)建議，為設(shè)備現(xiàn)場運檢提供技術(shù)參考。

1 故障簡介

2019年7月9日凌晨，某220 kV變電站型號為TYD220/3—0.01H的CVT監(jiān)控后臺告警顯示無二次電壓輸出。經(jīng)現(xiàn)場檢查核實，發(fā)現(xiàn)該TV從二次側(cè)絕緣板線端根部到CVT端子箱中保護、計量、開口三角形三對二次繞組均無電壓輸出，同時通過紅外測溫發(fā)現(xiàn)該CVT的C相電磁單元處紅外異常于其他兩相，紅外圖譜如圖1—2所示。

圖1 6×24電壓互感器異常相紅外圖譜

圖2 6×24電壓互感器正常相紅外圖譜

紅外圖譜顯示C相電磁單元處為23.6℃，比正常相高2.6K，達到了DL/T 664—2008《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定的危急缺陷標準，立即將CVT退出運行，并開展診斷性試驗查明原因。

2 試驗檢查

對220 kVⅡ母6×24C相CVT進行了絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量、二次繞組直流電阻、電壓比及油油色譜試驗、油耐壓、油介損、油微水等聯(lián)合診斷試驗分析。其中絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量、二次繞組直流電阻、電壓比試驗數(shù)據(jù)見表1—2。

表2 介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量測試數(shù)據(jù)

電容單元絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量試驗上節(jié)測試數(shù)據(jù)合格，其中下節(jié)C1和C2采用自激法測試，儀器顯示短路接地，無法試驗。后用反接法在中間法蘭加壓測試上下節(jié)并聯(lián)電容，發(fā)現(xiàn)CVT檢修試驗刀閘無論在運行位置還是在試驗位置，測試結(jié)果都一樣，數(shù)值為44 400 pF；在C2尾端N接頭處采用反接法加壓2 kV測C2電容量和介損，數(shù)據(jù)合格；測量電磁單元一次繞組對地絕緣，顯示絕緣電阻為0，判定下節(jié)C1和C2連接處短路接地，二次繞組直阻及絕緣電阻試驗數(shù)據(jù)合格，電壓互感器電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭處接地。

為進一步查明故障原因，對C相CVT取油樣進行油色譜檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 C相CVT油色譜試驗結(jié)果 μL/L

根據(jù)GB/T 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》9.3規(guī)定:220 kV及以上CVT油中氣體含量總烴、乙炔、氫氣分別不應(yīng)超過100 μL/L、 2 μL/L、 150 μL/L 的注意值。 總烴、乙炔、氫氣含量大大超過注意值，且CO、CO2含量較大。利用油中溶解氣體三比值法診斷計算:

三比值編碼為121，參照三比值法診斷分析[5]，表明的故障類型為電弧放電兼過熱，且因油耐壓值為27.5 kV低于40 kV標準值，初步判斷電磁單元內(nèi)部有放電灼燒故障，且電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭處放電接地，電弧造成絕緣件灼燒使得油碳雜質(zhì)增多并造成油耐壓減小。

3 解體檢查

對C相CVT進行了吊罩解體檢查，在解體泄壓時螺帽直接被內(nèi)部壓力沖開，內(nèi)部壓力巨大，解體后，發(fā)現(xiàn)CVT電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭 (與中壓接地開關(guān)接觸頭相連)與箱體接地環(huán)氧樹脂支撐件處擊穿，黑色擊穿灼燒痕跡明顯，擊穿部位情況如圖3所示。

圖3 電磁單元吊罩

4 原因分析

結(jié)合帶電檢測、停電試驗和解體檢查情況，可判斷6×24C相CVT二次側(cè)無電壓輸出異常原因如下:

CVT電磁單元中壓接地開關(guān)靜觸頭與接地通過環(huán)氧樹脂絕緣支撐件擊穿短路，使得中間變壓器原邊側(cè)短路接地，導(dǎo)致CVT下節(jié)電容C2及電磁單元被 “切除”，造成二次繞組端子無信號輸出，擊穿后等效結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 CTV電磁單元處內(nèi)部短路擊穿結(jié)構(gòu)

同時，因中壓接地開關(guān)開關(guān)環(huán)氧樹脂支撐板擊穿放電，電弧作用造成絕緣油分解，引起油色譜及紅外成像圖譜異常。

通過圖5可清晰看到6×24C相CTV中壓接地開關(guān)環(huán)氧樹脂支撐件中靜觸頭與接地螺絲段間表面分布大量電樹枝，該電樹枝是由于該絕緣件制作工藝不良，其中摻雜了雜質(zhì)、氣隙等缺陷造成局部電場集中，引起局部擊穿，進而形成樹枝狀放電破壞通路[6-7]，電樹枝形成后快速發(fā)展并進一步腐蝕降低環(huán)氧樹脂絕緣支撐件的絕緣性能，造成絕緣件迅速老化、絕緣性能進一步下降，直到被擊穿。

圖5 CTV中壓接地開關(guān)環(huán)氧樹脂支撐件擊穿圖

5 結(jié)論與建議

1)6×24C相CVT異常原因為電磁單元中壓接地開關(guān)靜觸頭與接地通過環(huán)氧樹脂絕緣支撐件放電擊穿，造成中間變壓器原邊側(cè)短路接地。

2)運行中CVT出現(xiàn)二次電壓輸出異常情況，可及時進行紅外測溫及油中溶解氣體分析，以判斷其內(nèi)部是否存在局部放電或者過熱。

3)應(yīng)加強對CVT停電例行試驗檢查，特別是對同廠家、同型號、同批次帶中間接地開關(guān)配置的CVT進行試驗刀閘絕緣測試；同時積極開展紅外精確測溫工作，一旦發(fā)現(xiàn)CVT溫度異常，應(yīng)立即上報處理，必要時申請停電進行診斷性試驗。

4)加強CVT投運前中設(shè)備制造、入廠監(jiān)造等過程技術(shù)監(jiān)督，必要時抽查電磁單元絕緣件局放試驗，及時發(fā)現(xiàn)不良絕緣件，杜絕隱患設(shè)備入網(wǎng)。