一起66 kV電容式電壓互感器二次失壓故障診斷分析

尹青華，李 培，郭良峰，裴 英

（國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

電容式電壓互感器 （Capacitor Voltage Transformer，簡(jiǎn)稱CVT）是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，它將電網(wǎng)一次電壓信息傳遞給測(cè)量、保護(hù)和控制裝置［1］。CVT由電容分壓器和電磁單元組成，兼有電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能，同時(shí)還能可靠阻尼鐵磁諧振并具有優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性［2］。另外，CVT還有制造工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此近幾年在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，不僅在電力載波線路上使用，而且大量應(yīng)用在母線和變壓器出口上以代替電磁式電壓互感器［3］。

CVT有較高的故障率，較為常見(jiàn)的有電容單元或電磁單元損壞、補(bǔ)償電抗器兩端保護(hù)用避雷器故障、阻尼器中速飽和電抗器參數(shù)不當(dāng)、電容分壓器末屏接地不良及二次接線松動(dòng)等。這些故障將導(dǎo)致電容式電壓互感器二次電壓輸出異常，對(duì)保護(hù)及測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重影響，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行［4］。本文介紹了一起66 kV電容式電壓互感器因中壓電容抽頭焊接脫落導(dǎo)致二次失壓故障的診斷分析。

1 CVT工作原理

CVT由電容分壓器和電磁單元構(gòu)成，電磁單元包括中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、諧振阻尼器和過(guò)電壓保護(hù)器，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。C1、C2組成電容分壓器，C1為高壓電容，C2為中壓電容。中間變壓器T將C2上抽出的電壓降為低壓，供測(cè)量和保護(hù)用。補(bǔ)償電抗器L用以補(bǔ)償電容分壓器的容抗，提高CVT的二次負(fù)載能力。CVT的電容分壓器、帶鐵心的補(bǔ)償電抗器L和中間變壓器T，構(gòu)成了電容和非線性電感的串聯(lián)回路，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振。F為保護(hù)用避雷器，當(dāng)電磁單元發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，降低變壓器一次側(cè)的電壓［5］。Z為阻尼器，用以阻尼CVT內(nèi)部可能產(chǎn)生的鐵磁諧振。1a、1n為主二次1號(hào)繞組，2a、2n為主二次2號(hào)繞組，da、dn為剩余電壓繞組。

圖1 電壓互感器結(jié)構(gòu)原理圖

電容式電壓互感器的二次電壓值與電容分壓?jiǎn)卧碗姶艈卧嘘P(guān)，為確定電壓互感器的故障部位，需分別對(duì)電容分壓?jiǎn)卧碗姶艈卧M(jìn)行檢測(cè)。

2 故障介紹及設(shè)備參數(shù)

某變電站一臺(tái)66 kV電容式電壓互感器二次失壓，該設(shè)備概況如表1所示。高壓試驗(yàn)人員對(duì)其進(jìn)行診斷試驗(yàn)，試驗(yàn)中一次繞組加壓時(shí)，二次繞組測(cè)量無(wú)電壓，因此設(shè)備不具備繼續(xù)運(yùn)行的條件，暫退出運(yùn)行。

表1 設(shè)備概況

3 現(xiàn)場(chǎng)檢查試驗(yàn)

對(duì)分壓電容器用自激法測(cè)試上、下兩節(jié)的電容量，高壓電容C1、中壓電容C2均無(wú)數(shù)據(jù)，表明回路開(kāi)斷，因此初步判定電容分壓?jiǎn)卧蛑虚g變壓器一次繞組、二次繞組存在斷路。

對(duì)電磁單元中間變壓器進(jìn)行直流電阻測(cè)量，二次繞組的直流電阻測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。對(duì)1a、1n繞組加壓，測(cè)量其他二次繞組電壓，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由表2及表3可知，中間變壓器二次繞組直流電阻測(cè)試數(shù)據(jù)合格，即不存在斷路或短路，在1a、1n側(cè)加壓，其他二次繞組均能感應(yīng)出電壓，且滿足變比要求，因此判斷中間變壓器T磁路無(wú)開(kāi)斷、一次繞組無(wú)短路。

表2 二次繞組直流電阻測(cè)量數(shù)據(jù)

表3 二次繞組電壓測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)CVT整體進(jìn)行電容量CX及介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 整體電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

由表4可知電容分壓器整體電容量初值差在±2%以內(nèi)，是合格的，因此判斷內(nèi)部電容層無(wú)擊穿或開(kāi)斷，A極和N極處接觸良好。進(jìn)而可判斷出斷點(diǎn)應(yīng)該在中間變壓器一次繞組上，若斷點(diǎn)在一次繞組低壓端P2處，則在二次繞組1a、1n側(cè)加壓時(shí)，一次繞組低壓端P2將產(chǎn)生懸浮電位對(duì)地放電，然而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象和放電聲響，因此斷點(diǎn)極有可能在一次繞組高壓端P1處，但應(yīng)結(jié)合解體后試驗(yàn)做進(jìn)一步分析。

4 解體檢查及原因分析

4.1 解體試驗(yàn)分析

為了最終確定CVT的故障原因，對(duì)其進(jìn)行解體檢查，解體后電容量CX及介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 解體后電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

由表5可知電容量C1、C2與出廠值相比均有較大的變化，并且通過(guò)電橋利用正反接線測(cè)量C1時(shí)，測(cè)試結(jié)果相差較大。判斷導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因?yàn)橐淮卫@組高壓端P1處導(dǎo)線開(kāi)斷形成串聯(lián)間隙，且由于間隙距離較小，在一定電壓作用下，造成間隙似接非接的狀態(tài)，間隙形成等效電容，與原有C1電容相串聯(lián)，造成總的電容量減小和介質(zhì)損耗增大。

4.2 進(jìn)一步解體分析

拆開(kāi)電磁單元封板，將電容器與電磁單元進(jìn)一步解體，檢查發(fā)現(xiàn)，電磁單元?dú)んw內(nèi)絕緣油油色透明清澈，無(wú)任何懸浮雜質(zhì)存在，排油后檢查電磁單元與膨脹器單元完好，低壓端抽頭N處焊接良好，中壓電容抽頭X處焊接脫落，導(dǎo)致中間變壓器T與電容分壓器間連接斷開(kāi)。

4.3 故障原因分析

廠家在電壓互感器設(shè)計(jì)上，為使電容式電壓互感器內(nèi)部電容屏間接觸良好，借助于強(qiáng)力彈簧的壓力來(lái)緊固，依靠彈簧的彈性來(lái)調(diào)節(jié)各零件的位移。在封裝時(shí)，彈簧處于被壓縮的狀態(tài)。中壓電容抽頭X與中間變壓器T間的連接導(dǎo)線為硬導(dǎo)線，收縮形變后回彈力大。然而該導(dǎo)線是在設(shè)備封裝前焊接的，此時(shí)導(dǎo)線長(zhǎng)度（即低壓套管至焊接點(diǎn)間的距離）約30 cm，但在封裝后，低壓套管至焊接點(diǎn)間的距離約為27.3 cm，連接導(dǎo)線被壓縮較大，導(dǎo)致焊接點(diǎn)處受力加大。另外，各個(gè)電容屏綁扎松散，使連接導(dǎo)線容易被錯(cuò)位的電容屏擠壓，長(zhǎng)時(shí)間作用后，當(dāng)受力達(dá)到一定極限時(shí)，焊接點(diǎn)易斷裂，因此上述問(wèn)題屬于廠家設(shè)計(jì)問(wèn)題。

5 預(yù)防措施

該電容式電壓互感器中壓電容抽頭焊接處脫落是造成本次故障的直接原因，與高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析吻合。CVT出現(xiàn)的故障情況很多，表現(xiàn)形式和原因千變?nèi)f化，但都與其結(jié)構(gòu)、采用的設(shè)計(jì)制造工藝水平、原材料、運(yùn)行維護(hù)有關(guān)。

作為設(shè)備提供者，生產(chǎn)廠家應(yīng)確保設(shè)備制造的工藝質(zhì)量。為了防止類似故障再次發(fā)生，建議廠家設(shè)計(jì)時(shí)可以采取如下措施：

1）升級(jí)連接導(dǎo)線材料，使用導(dǎo)電能力和伸縮能力更強(qiáng)的導(dǎo)線連接，要充分考慮在使用過(guò)程中彈簧的收縮程度，同時(shí)連接導(dǎo)線需要被合理布置。

2）改進(jìn)焊接技術(shù)，制定嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，提升焊接質(zhì)量，避免假焊、焊點(diǎn)不足、冷焊、掉件等現(xiàn)象發(fā)生，使焊接更加牢固耐用。

3）進(jìn)一步采取相應(yīng)的措施，將各個(gè)電容屏綁扎在一起并有效固定，防止電容屏錯(cuò)位后擠壓連接導(dǎo)線，造成導(dǎo)線斷開(kāi)。

6 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)對(duì)CVT的運(yùn)行維護(hù)和定期試驗(yàn)，加強(qiáng)設(shè)備的巡查力度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)二次側(cè)輸出電壓出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)有針對(duì)性地進(jìn)行絕緣特性試驗(yàn)并結(jié)合油色譜分析和紅外線測(cè)試來(lái)綜合判斷，與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，迅速準(zhǔn)確地判斷故障的類型和故障部位，使故障獲得有效處理，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。