電容式電壓互感器介損超標(biāo)案例分析

蘇同斐 李紅剛

摘要：針對(duì)某電容式電壓互感器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)超標(biāo)的情況，通過(guò)綜合試驗(yàn)及設(shè)備解體，最終發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致設(shè)備損壞的原因，為今后出現(xiàn)此類(lèi)設(shè)備故障分析提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器;介質(zhì)損耗因數(shù);電容量;分壓電容;中間變壓器

0 引言

2019年某月，試驗(yàn)人員在對(duì)某變電站110 kVⅡ段電容式電壓互感器進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)B相電容式電壓互感器介損和電容量超標(biāo)。取其中間變壓器的油樣發(fā)現(xiàn)，油有焦味，呈混濁狀，分別對(duì)油樣進(jìn)行了耐壓試驗(yàn)，測(cè)量油中微水含量，并進(jìn)行了色譜分析，油的擊穿電壓已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，油中微水含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，色譜數(shù)據(jù)顯示氫氣、乙烯、乙炔等多種氣體含量明顯超標(biāo)，初步判斷電容式電壓互感器內(nèi)部發(fā)生了電弧放電故障。隨后，檢修人員對(duì)該電容式電壓互感器解體檢查發(fā)現(xiàn)，分壓電容器和中間變壓器一次繞組存在電弧放電痕跡和過(guò)熱痕跡。

1 綜合試驗(yàn)分析

2019年某月，試驗(yàn)人員在對(duì)某變電站110 kVⅡ段電容式電壓互感器進(jìn)行例行試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得B相數(shù)據(jù)異常，具體的電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》（Q/GDW 1168—2013）規(guī)定：110 kV膜紙絕緣型電容式電壓互感器介損因數(shù)應(yīng)不大于0.25%，電容量初值差不超過(guò)±5%[1]。表1中實(shí)測(cè)B相電容式電壓互感器中壓電容介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量顯著增大，明顯大于上次歷史數(shù)據(jù)，電容量初值差達(dá)到15%。分析判斷中壓電容存在故障，電容式電壓互感器電容單元的高壓電容和中壓電容均由薄膜電容串聯(lián)組成，每片薄膜電容值基本相同，但薄膜電容數(shù)量不同。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)量值，初步判斷中壓電容中部分薄膜電容被擊穿。

取電容式電壓互感器中間變壓器的油樣發(fā)現(xiàn)，油有焦味，呈混濁狀。分別對(duì)油樣做耐壓試驗(yàn)，測(cè)量油中微水含量，并進(jìn)行色譜分析。油耐壓及微水含量測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

從表2中可以看出，油的擊穿電壓已經(jīng)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，油中微水含量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，其色譜分析結(jié)果如表3所示。

從表3中可以明顯看出，H2含量已經(jīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（150 μL/L）的數(shù)倍，說(shuō)明中間變壓器存在高能量放電，導(dǎo)致油在高溫下分解出大量氣體。油中含有大量的C2H2，說(shuō)明中間變壓器確實(shí)存在劇烈的電弧放電現(xiàn)象，絕緣已經(jīng)被擊穿，CO和CO2含量也明顯增大（在油中占比遠(yuǎn)超3%），說(shuō)明繞組絕緣已經(jīng)在電弧放電產(chǎn)生的高溫下碳化分解。運(yùn)用三比值法進(jìn)行分析[2]：C2H2/C2H4≈2.01、CH4/H2≈0.30、C2H4/C2H6≈0.46，編碼組合為（1、0、2），初步判斷電容式電壓互感器內(nèi)部發(fā)生了電弧放電故障。停電檢修前為雷雨多發(fā)期，結(jié)合油色譜試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)，初步判斷該電容式電壓互感器曾遭受雷擊過(guò)電壓，致使其電壓升高，最終因?yàn)樨?fù)荷電流大，導(dǎo)致燒蝕其分壓電容器及熱損壞中間變壓器。

2 解體分析

檢修人員對(duì)故障電容式電壓互感器進(jìn)行解體檢查，吊出電容分壓器部件，發(fā)現(xiàn)存在大量黑色顆粒物。

使用萬(wàn)用表測(cè)試C1電容量為29 100 pF，C2電容量為51.2 pF，C1電容量正常，C2電容量變化巨大，明顯小于初始值（62 380 pF）。測(cè)試上節(jié)電容C1每個(gè)電容元件的電容量，共計(jì)74個(gè)電容元件，電容元件是正常的，電容量為2.20 nF左右。測(cè)試上節(jié)電容C2每個(gè)電容元件的電容量，共計(jì)34個(gè)電容元件，前33個(gè)電容元件正常，電容量為2.20 nF左右，最后一個(gè)電容單元（第34個(gè)單元）測(cè)試不通，檢查發(fā)現(xiàn)電容元件接線端子處表面燒蝕嚴(yán)重，該電容元件電容膜紙已被燒蝕碳化擊穿，如圖1所示。

對(duì)電容式電壓互感器中間變壓器進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，中間變壓器表面有燒蝕痕跡，如圖2所示，對(duì)中間變壓器一次繞組串聯(lián)的過(guò)電壓保護(hù)元件進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，絕緣電阻為0 MΩ，證實(shí)該避雷器已經(jīng)被短路擊穿，造成絕緣電阻數(shù)值異常。過(guò)電壓保護(hù)元件被擊穿如圖3所示。說(shuō)明該電容式電壓互感器二次繞組有內(nèi)部短路或外部短路負(fù)荷，由于內(nèi)部短路時(shí)造成的損壞程度較為嚴(yán)重，從解體情況看其損壞程度較輕。電容式電壓互感器在承受過(guò)電壓后導(dǎo)致絕緣損壞，造成分壓電容器燒蝕，另外，中間變壓器絕緣在高電壓下被擊穿，繞組出現(xiàn)匝間或?qū)娱g短路。

3 最終原因分析

電容式電壓互感器（CVT）中電容分壓器的主要作用是將一次側(cè)的高電壓降到某一數(shù)值的中間電壓，該電壓通過(guò)中壓套管由中壓連線發(fā)送至電磁單元，然后電磁單元將中間電壓減小至100 V、100/√3 V的二次電壓。當(dāng)電容式電壓互感器處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其等效電容C的容抗等于中間變壓器漏抗和補(bǔ)償電抗器L的感抗之和，確保電容式電壓互感器二次輸出電壓滿足一定的精度要求[3]。

根據(jù)電容式電壓互感器工作原理（圖4），其等效電路可以看作由C1、C2組成的電容分壓器，二次電壓U2=k（XC2/XC1）UC1，其中C1是由許多電容元件進(jìn)行串聯(lián)組合而成的等值電容[4]。顯然，二次電壓U2與C1、C2的容抗及一次電壓有關(guān)。當(dāng)二次電壓U2出現(xiàn)異常升高時(shí)，可能的情況包括：中間變壓器一次繞組匝間短路;C2部分存在漏油導(dǎo)致介質(zhì)常數(shù)減小，引起容抗升高;C1中某些串聯(lián)電容元件在電弧作用下燒蝕，導(dǎo)致?lián)舸r(shí)引起電容值升高等。當(dāng)C1電容存在漏油情況引起容抗增大時(shí)，帶來(lái)的后果是引起U2的異常降低。當(dāng)C2上存在過(guò)電壓時(shí)，保護(hù)元件F（氧化鋅避雷器）會(huì)發(fā)生放電擊穿現(xiàn)象，為補(bǔ)償電抗器、中間變壓器、分壓電容C2提供保護(hù)作用[5-6]。

該故障電容式電壓互感器停電檢修前，為雷雨多發(fā)期，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)及解體檢查情況，其在雷電過(guò)電壓下，電壓升高，最終因?yàn)樨?fù)荷電流大，導(dǎo)致其分壓電容器發(fā)生放電燒蝕現(xiàn)象，另外，中間變壓器在電弧放電生成的高熱量下被損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

在電容式電壓互感器常規(guī)試驗(yàn)過(guò)程中，需嚴(yán)格按照規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，如遇試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常，需多角度、多項(xiàng)目監(jiān)測(cè)并對(duì)比分析，對(duì)故障電容式電壓互感器有針對(duì)性地采用絕緣特性試驗(yàn)并結(jié)合絕緣油試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合判斷，能夠迅速準(zhǔn)確地判斷故障類(lèi)型和故障部位。電容式電壓互感器發(fā)生電壓異常故障后，應(yīng)盡快進(jìn)行檢查，確定故障原因及部位后及時(shí)進(jìn)行更換或處理，以確保設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

在對(duì)故障電容式電壓互感器進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合診斷，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)起到了相互印證、相互補(bǔ)充的作用，不能根據(jù)單一的某一項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果妄下結(jié)論。基于多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合診斷，能夠準(zhǔn)確地對(duì)電容式電壓互感器故障進(jìn)行定性和定量識(shí)別。

[參考文獻(xiàn)]

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收稿日期：2020-06-05

作者簡(jiǎn)介：蘇同斐（1987—），女，山東沾化人，工程師，從事電氣試驗(yàn)相關(guān)工作。