500kV電容式電壓互感器故障原因分析

唐甜 魏宇軒 王一博

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電容式電壓互感器在我國(guó)500kv電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)電容式電壓互感器單相失壓?jiǎn)栴}，通過電容式電壓互感器的高壓試驗(yàn)和設(shè)備拆卸，分析其故障原因。結(jié)合日常檢查和高壓試驗(yàn)方法，提出相應(yīng)的預(yù)防措施，為同類設(shè)備的安全可靠運(yùn)行提供指導(dǎo)性建議。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器;高壓試驗(yàn);故障

引言

電壓互感器主要分為電磁式和電容式兩種。早期我國(guó)電網(wǎng)主要使用電磁電壓互感器，它直接通過電磁耦合將高壓轉(zhuǎn)化為低壓。隨著電力系統(tǒng)的輸電電壓逐步增高，電磁式電壓互感器的體積越來越大，成本也隨之越來越大。電容式電壓互感器（CVT）因其具有體積小、絕緣強(qiáng)度強(qiáng)、性價(jià)比高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到廣泛的運(yùn)用。但由于國(guó)產(chǎn)CVT廠家眾多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，部分產(chǎn)品家族性缺陷也頻繁發(fā)生，影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

1電容式電壓互感器的基本原理

電容式電壓互感器是由電容分壓器抽取電壓，再經(jīng)變壓器變壓得到標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，提供給保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、控制等儀表裝置使用，其中電容分壓器還可兼作電力線載波通信用。與常規(guī)的電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器不僅可避免因電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振，還在經(jīng)濟(jì)和安全上有很多優(yōu)越之處。電容式電壓互感器主要由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯(lián)電容元件組成，瓷套內(nèi)充滿微正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管補(bǔ)償不同溫度造成的油壓變化。電磁單元由裝在密封油箱內(nèi)的中間變壓器、補(bǔ)償電抗器和阻尼裝置組成，油箱頂部留有一定的氣隙。補(bǔ)償電抗器用于消除容抗壓降隨二次負(fù)荷變化引起的電壓變化，可使電壓穩(wěn)定。阻尼裝置由電阻和電抗器組成，跨接在二次繞組上，正常情況下有很高的阻抗，當(dāng)鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已飽和，只剩電阻負(fù)載，使得振蕩能量很快被降低。電容式電壓互感器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，其可靠運(yùn)行直接關(guān)系著電力系統(tǒng)安全與穩(wěn)定，影響著供電質(zhì)量。電容式電壓互感器如果故障就可能導(dǎo)致二次電壓消失，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2故障原因分析

在以往工程中，500kv線路側(cè)電壓互感器常規(guī)配置為電磁式電壓互感器。根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)有限公司35～750kV輸變電工程通用設(shè)計(jì)、通用設(shè)備應(yīng)用目錄（2019年版）》中，500kv電壓互感器通用設(shè)備中，剔除了電磁式電壓互感器，僅保留電容式電壓互感器，故本工程選用單相式電容式電壓互感器。本工程中引起母線電壓不平衡的可能原因有以下幾種：

（1）即當(dāng)長(zhǎng)距離空載線路，線路對(duì)地容抗大于線路感抗時(shí)，就會(huì)發(fā)生線路末端電壓升高的現(xiàn)象。實(shí)際上，系統(tǒng)中電源容量是有限的，當(dāng)發(fā)生電容效應(yīng)時(shí)，線路的電容電流流過電源上的電感也會(huì)造成電壓升高，從而引起電壓不平衡。

（2）電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于線路的三相對(duì)地電容不平衡，即線路換位不完善，線路的三相阻抗不對(duì)稱，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中性點(diǎn)與地之間存在一定電壓，其電壓值的大小直接與電容的不平衡度有關(guān)。

（3）電壓互感器設(shè)備本身的故障因素。

（4）三相PT不對(duì)稱引起的電壓不平衡。線路PT非全相運(yùn)行時(shí)也會(huì)造成電壓不平衡，一相或兩相PT的接入會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)三相對(duì)地電容的不平衡，從而引起電壓不平衡。

3防范措施

3.1加強(qiáng)對(duì)電容式電壓互感器二次電壓的監(jiān)視

當(dāng)出現(xiàn)二次電壓異常時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)迅速判斷二次電壓異常的具體原因，分析是回路問題還是一次設(shè)備問題，以便檢修人員迅速做出應(yīng)急反應(yīng)。

3.2解體檢查

進(jìn)一步解體檢查發(fā)現(xiàn)，電容單元C1尾端引出線與中間變壓器高壓側(cè)一次引線連接處緊固螺絲有明顯放電痕跡，螺絲附件引線外護(hù)套有明顯碳化現(xiàn)象，用手能輕松擰動(dòng)螺絲。判斷放電原因?yàn)槁萁z松動(dòng)導(dǎo)致運(yùn)行中產(chǎn)生懸浮放電，解體情況與電氣試驗(yàn)、油色譜分析結(jié)果相吻合。

通過電氣試驗(yàn)、油色譜試驗(yàn)及解體檢查聯(lián)合診斷分析得出，出現(xiàn)異常聲響的原因?yàn)榛ジ衅鲀?nèi)部存在局部放電，而發(fā)生局部放電的根本原因是中壓引線接觸不良，局部放電為懸浮放電。局部放電原因?yàn)镃VT在出廠裝配中中壓接頭引線螺絲未完全緊固，運(yùn)行中電磁振動(dòng)出現(xiàn)松動(dòng)，引起該部分產(chǎn)生懸浮放電，長(zhǎng)期局部放電釋放的能量使引線外護(hù)套絕緣碳化，導(dǎo)致絕緣油分解產(chǎn)生大量的氫氣和乙炔等烴類氣體。此外，通過油微水、介損測(cè)試及解體檢查可知該CVT電容單元和電磁單元均存在不同程度受潮，導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)增大及絕緣電阻降低。

3.3加強(qiáng)對(duì)電容式電壓互感器的巡視

發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器外觀有銹蝕時(shí)，應(yīng)使用望遠(yuǎn)鏡仔細(xì)檢查，必要時(shí)配合紅外測(cè)溫檢查。

3.4預(yù)防措施及建議

進(jìn)行專項(xiàng)排查，做一次專項(xiàng)紅外精確測(cè)溫，對(duì)于電磁單元三相間溫差超過2K或?qū)I(yè)巡檢存在異常的設(shè)備應(yīng)開展油樣工作（含色譜、微水、耐壓），存在問題及時(shí)進(jìn)行更換;縮短相應(yīng)廠家電容式電壓互感器油化周期、試驗(yàn)周期，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全周期跟蹤;訂貨時(shí)簽訂相關(guān)技術(shù)協(xié)議，提高導(dǎo)體表面絕緣工藝，例如熱鍍鋅處理。

3.5電容式電壓互感器解體檢查

對(duì)該電容式電壓互感器進(jìn)行解體檢查，打開電磁單元蓋板時(shí)發(fā)現(xiàn)油位過高，幾乎與油箱上沿平齊，底部積水。中間變壓器頂部可觀察到明顯銹蝕，高壓接線板上部有油泥。進(jìn)一步拆開電磁單元蓋板，發(fā)現(xiàn)電磁單元蓋板與下節(jié)電容器下部連接處密封槽銹蝕嚴(yán)重，部分密封槽邊棱已被蝕透，失去密封作用，極易受潮進(jìn)水。電容式電壓互感器解體后，單獨(dú)對(duì)中壓電容器C2進(jìn)行電容與介損測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)要求，因此該電容式電壓互感器所有電容狀況均良好，故障點(diǎn)在電磁單元。

3.6對(duì)500kV同型號(hào)的互感器產(chǎn)品停電進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)注意電容值、介質(zhì)損耗因數(shù)、絕緣電阻，都要符合規(guī)程要求。

4結(jié)語

綜上所述，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)觀測(cè)線路CVT二次電壓，開展橫向、縱向?qū)Ρ确治觯l(fā)現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)停電檢查線路CVT。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，通過錄波裝置觀察CVT二次電壓的變化曲線，與CVT在典型試驗(yàn)電壓下鐵磁諧振的二次電壓試驗(yàn)波形對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鐵磁諧振故障時(shí)應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)停電檢查線路CVT。本文介紹了一起200kv線路電容式電壓互感器二次電壓降低的現(xiàn)象，闡述了通過現(xiàn)場(chǎng)高壓試驗(yàn)和電容式電壓互感器解體分析出二次輸出電壓降低的原因，并提出了相應(yīng)的防范措施。本文為防止電容式電壓互感器出現(xiàn)類似故障提供了一種可行的設(shè)備故障判斷方法，為電容式電壓互感器故障處理提供有效的指導(dǎo)，有助于保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫鵬舉.500kV變電站電容式電壓互感器故障原因分析及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[J].電力設(shè)備，2008（10）：65-67.

[2]孫鵬，陳舒捷.電容式電壓互感器二次電壓升高分析及處理[J].電工文摘，2014（2）：5-9.

[3] 王曉輝，趙衛(wèi)華. 500kV電容式電壓互感器二次電壓異常狀況的分析與處理[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（1）

[4] 咸日常.電容式電壓互感器常見故障分析處理方法和預(yù)防措施[J].變壓器，2002，（5）