一起電容式電壓互感器二次電壓異常事故分析

童 濤， 徐碧川， 袁思凡， 萬(wàn) 華， 李唐兵， 劉玉婷

(國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 南昌 330000)

0 引 言

電壓互感器是電力系統(tǒng)重要的測(cè)量和保護(hù)設(shè)備[1-5]，主要分為電磁式和電容式，其中電容式電壓互感器應(yīng)用較為廣泛，在我國(guó)220 kV及以上高電壓等級(jí)使用率達(dá)超過(guò)90%[6-10]。

CVT具有耐電強(qiáng)度高，絕緣裕度大，運(yùn)行可靠，調(diào)差精度高等優(yōu)勢(shì)[11-16]，同時(shí)避免了傳統(tǒng)電磁式電壓互感器鐵磁諧振的問(wèn)題[17]。CVT由電容單元和電磁單元構(gòu)成，常見(jiàn)故障有：電磁單元絕緣變壓器內(nèi)部擊穿、二次側(cè)失壓；電容單元開(kāi)裂、受潮；電容單元與電磁單元不匹配等[18-22]。

掌握CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并分析其現(xiàn)場(chǎng)故障成因，對(duì)設(shè)備診斷、故障預(yù)防、標(biāo)準(zhǔn)制度起到重要作用[23-28]。本研究介紹一起CVT二次繞組電壓異常事故，該事故中CVT故障現(xiàn)象與故障實(shí)際位置有所差異，給排查過(guò)程帶來(lái)一定波折，也為CVT的故障分析和診斷性試驗(yàn)提供一定經(jīng)驗(yàn)。

1 CVT電壓異常及故障排查

1.1 故障概況

某220 kV變電站220 kV母線(xiàn)送電2 min時(shí)，該母線(xiàn)C相CVT二次電壓異常偏低(后臺(tái)顯示A相60 V，B相60 V，C相40 V)。該間隔CVT型號(hào)：TYD220/√3-0.01H，投運(yùn)時(shí)間5年。送電前進(jìn)行了進(jìn)行電容量、介損等例行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

1.2 故障位置確定

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)母線(xiàn)C相CVT所連隔離開(kāi)關(guān)合閘到位，不存在虛接情況，電壓互感器端子箱內(nèi)保護(hù)、計(jì)量繞組及接地?zé)o異常。轉(zhuǎn)檢修后，分別使用自激、反接法對(duì)該CVT開(kāi)展電容量、介損試驗(yàn)，與送電前例行試驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯差異，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 送電前電壓異常相(C相)CVT試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Test data of CVT of abnormal voltage phase (phase C) before power transmission

表2 故障后電壓異常相(C相)CVT試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Test data of abnormal voltage phase (C phase) CVT after failure

對(duì)C相CVT開(kāi)展變比和二次繞組絕緣電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 母線(xiàn)C相CVT變比、絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 3 Transformation ratio and insulation resistance test data of C-phase busbar CVT

對(duì)C相電壓互感器電磁單元絕緣油進(jìn)行色譜分析，試驗(yàn)結(jié)果合格，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 母線(xiàn)C相CVT本體絕緣油色譜分析Table 4 Chromatographic analysis of insulating oil of C-phase busbar CVT

在帶上二次線(xiàn)的情況下，對(duì)電壓互感器C相一次端施加130.9 kV工作電壓，發(fā)現(xiàn)繞組二次電壓值異常偏低。解開(kāi)da-dn繞組二次線(xiàn)后，繞組二次電壓值恢復(fù)正常。一次端子施加工作電壓后各繞組電壓值見(jiàn)表5。

表5 一次端子施加工作電壓后各繞組電壓值Table 5 The voltage value of each winding after the working voltage is applied to the primary terminal

對(duì)C相da-dn繞組至匯控柜引出電纜進(jìn)一步檢查，步驟如下：

1)三相電壓互感器的da-dn繞組首尾相連，見(jiàn)圖1，在匯控柜內(nèi)解開(kāi)A相da以及C相dn，對(duì)da-dn繞組串聯(lián)回路進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，發(fā)現(xiàn)絕緣阻值為0.1 Ω，即回路存在接地。

圖1 二次側(cè)開(kāi)口三角繞組接線(xiàn)圖

2)解開(kāi)電壓互感器A、B、C三相da-dn繞組連線(xiàn)，分別測(cè)量三相da-dn繞組對(duì)地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)B相da-dn繞組對(duì)地絕緣為0，A、C相正常。

3)解開(kāi)電壓互感器B相二次接線(xiàn)板上的二次接線(xiàn)，測(cè)量da-dn繞組對(duì)地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為0，說(shuō)明B相da-dn繞組內(nèi)部對(duì)地導(dǎo)通。

同一個(gè)繁體字，在不同的簡(jiǎn)化字排印版古籍中，形體不固定，或繁或簡(jiǎn),甚至在同一書(shū)中繁簡(jiǎn)二體往往互見(jiàn)。在《三國(guó)演義》中，這種現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)，舉要臚列如下：

4)對(duì)B相電壓互感器的其余3個(gè)二次繞組進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，阻值均在1.6 GΩ以上，其余二次繞組回路無(wú)異常。

初步判斷故障位置位于B相CVT二次繞組，da-dn繞組對(duì)地?fù)舸?。?duì)A、B兩相電磁單元取油樣進(jìn)行色譜檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)B相電壓互感器油中乙炔4.81 μL·L-1，三比值法編碼為101，結(jié)果為內(nèi)部有電弧放電，數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 母線(xiàn)B相CVT油色譜檢測(cè)結(jié)果Table 6 Busbar phase B CVT oil chromatographic test results

2 檢查情況

2.1 CVT解體檢查

根據(jù)試驗(yàn)和排查情況，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B相電壓互感器進(jìn)行解體檢查。拆下分壓電容器底部法蘭螺栓，將分壓電容器吊起，檢查分壓電容器底部抽頭及瓷套表面未見(jiàn)明顯異常，見(jiàn)圖2。

圖2 故障CVT電容單元Fig.2 Capacitor unit of faulty CVT

打開(kāi)電壓互感器電磁單元箱蓋，排出絕緣油后，檢查電磁單元內(nèi)部接線(xiàn)排、中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、避雷器等設(shè)備，未見(jiàn)明顯異常，見(jiàn)圖3。

圖3 故障CVT電磁單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3 The internal structure of the electromagnetic unit of the faulty CVT

解開(kāi)電壓互感器二次接線(xiàn)板各二次繞組接線(xiàn)端子的二次接線(xiàn)，測(cè)量da、dn端子對(duì)地絕緣，絕緣電阻為0；進(jìn)一步解開(kāi)X端子(中間變壓器一次繞組末端)的接地線(xiàn)，再次測(cè)量da、dn端子對(duì)地絕緣，絕緣電阻為60 GΩ；測(cè)量da、dn端子對(duì)X端子絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為0。判斷da-dn二次繞組與中間變壓器一次繞組發(fā)生絕緣擊穿，CVT結(jié)構(gòu)和故障原理圖見(jiàn)圖4。

圖4 CVT結(jié)構(gòu)原理和故障位置圖Fig.4 CVT structure principle and fault location diagram

為了進(jìn)一步確定故障點(diǎn)，解開(kāi)電磁單元內(nèi)部端子排da、dn及X端子上的二次引線(xiàn)，再次測(cè)量二次接線(xiàn)板da、dn端子與X端子之間的絕緣電阻，測(cè)量結(jié)果合格。測(cè)量?jī)?nèi)部接線(xiàn)排da、dn端子與X端子之間的絕緣，絕緣電阻為零，故可確認(rèn)二次接線(xiàn)板及其引線(xiàn)絕緣良好，判斷放電點(diǎn)位于繞組內(nèi)部。

2.2 電磁單元解體檢查

為進(jìn)一步確定故障原因，對(duì)故障的B相CVT電磁單元進(jìn)行返廠解體分析。CVT電磁單元主要由中間變壓器、二次端子排、接地屏蔽等結(jié)構(gòu)組成，見(jiàn)圖5。da-dn繞組與金屬屏蔽層貼近，金屬屏蔽層將da-dn繞組與一次繞組隔開(kāi)，高壓繞組末端X端子與金屬屏蔽層相連。結(jié)合電壓互感器正常運(yùn)行時(shí)內(nèi)部“da-dn繞組——絕緣——金屬屏蔽層——X端子——接地”的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)絕緣電阻測(cè)試情況，初步判斷da-dn繞組與金屬屏蔽層之間絕緣受到破壞。

圖5 電磁單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.5 The internal structure of the electromagnetic unit

將中間變壓器的一、二次繞組取出，剝開(kāi)金屬屏蔽層與一次繞組間用于絕緣的電纜紙，露出金屬屏蔽層，繞組及金屬屏蔽層見(jiàn)圖6。

圖6 中間變內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.6 The internal structure of the intermediate transformer

圖7 放電位置Fig.7 Discharge position

在設(shè)計(jì)圖紙中輔助繞組與金屬屏蔽層之間應(yīng)包扎絕緣用電纜紙，現(xiàn)場(chǎng)解體檢查未發(fā)現(xiàn)絕緣紙，與設(shè)計(jì)圖紙不符。

3 原因分析

3.1 C相CVT電壓異常原因

該母線(xiàn)CVT二次側(cè)da-dn繞組為開(kāi)口三角連接，B相電壓互感器的da-dn繞組通過(guò)金屬屏蔽層與一次繞組末端接地，見(jiàn)圖8。由于C相da端子與B相dn端子連接，同時(shí)C相dn端子接地運(yùn)行，造成C相da-dn二次繞組短路，導(dǎo)致開(kāi)口三角電壓異常，同時(shí)引起C相其余二次繞組電壓降低。

圖8 故障示意圖Fig.8 Failure diagram

B相開(kāi)口三角繞組尾端接地，對(duì)于A、B相的影響相當(dāng)于開(kāi)口繞組尾端兩點(diǎn)接地，并不會(huì)形成回路，因此不會(huì)造成PT過(guò)載，不會(huì)影響PT變比，A、B相電壓正常。

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)不規(guī)范，在測(cè)量電壓互感器二次繞組對(duì)地絕緣時(shí)，解開(kāi)了X端子與地的連接片，導(dǎo)致常規(guī)試驗(yàn)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次繞組對(duì)屏蔽筒的絕緣薄弱問(wèn)題。

3.2 B相CVT故障原因

中間變壓器線(xiàn)圈在生產(chǎn)過(guò)程中，未按照設(shè)計(jì)圖紙要求在da-dn繞組和低壓靜電屏之間卷繞電纜紙絕緣層是B相電壓互感器da-dn繞組通過(guò)金屬屏蔽層與一次繞組末端接地的主要原因。

漆包線(xiàn)在運(yùn)輸或生產(chǎn)過(guò)程中絕緣層磨損，耐壓能力降低，在停電例行試驗(yàn)測(cè)量da-dn繞組對(duì)X絕緣時(shí)，測(cè)量?jī)x器輸出的高壓使da-dn繞組和靜電屏間絕緣受到損傷，在投運(yùn)后絕緣損傷擴(kuò)大，da-dn繞組和靜電屏間發(fā)生擊穿。

4 結(jié) 論

根據(jù)上述分析情況，本次CVT故障主要由于電磁單元制造缺陷造成的。由于電磁單元內(nèi)中間變壓器金屬屏蔽層與二次側(cè)da-dn輔助繞組間未加裝絕緣電纜紙，造成二次電纜通過(guò)金屬屏蔽層對(duì)地放電。由于停電前的例行試驗(yàn)操作不規(guī)范，未通過(guò)絕緣電阻試驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)該絕緣薄弱問(wèn)題[29-30]。同時(shí)此次CVT故障現(xiàn)象與故障實(shí)際位置有所差異，對(duì)故障的查找?guī)?lái)一定的困難。

為保障CVT安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出以下建議：

1)梳理同型號(hào)電壓互感器的運(yùn)行情況，對(duì)同批次產(chǎn)品安排停電測(cè)量一、二次繞組間及對(duì)地的絕緣情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱問(wèn)題設(shè)備。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[31-33]，在停電檢修期，使用2 500 V兆歐表對(duì)同型號(hào)期間電容式電壓互感器中間變壓器的二次繞組間及其對(duì)地進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。同時(shí)在耐壓前后使用1 000 V兆歐表測(cè)量二次繞組間及其對(duì)地絕緣電阻，根據(jù)絕緣電阻的變化情況，判斷是否存在絕緣缺陷。

2)規(guī)范電壓互感器二次繞組絕緣電阻測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)量過(guò)程中對(duì)測(cè)量端子加壓，所有非測(cè)量端子須全部接地[34-36]。

3)嚴(yán)格設(shè)備選型招標(biāo)，加大新設(shè)備投運(yùn)的驗(yàn)收力度，對(duì)于關(guān)鍵質(zhì)量工藝安排人員進(jìn)行全過(guò)程技術(shù)監(jiān)督[37]。