500?kV電容式電壓互感器電磁單元試驗研究

鄧 威，毛 娟

(廣東電網公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

電容式電壓互感器(CVT)因具有結構簡單、耐絕緣沖擊強度高、抗鐵磁諧振性能好等優點，在110 kV及以上電力系統中得到了廣泛應用。然而，由于受材料、設計、工藝的影響，CVT在運行中仍暴露出不少問題，嚴重時甚至可能發生爆炸。

近期，某供電局運行人員在巡視時發現一500 kV線路CVT電磁單元滲漏油，于是從另一變電站拆除備用間隔中的CVT將其替換。安裝前試驗一相CVT下2節電容器tanδ及電容量反接線法試驗數據合格，但再次進行整體正接線法試驗時數據卻不合格。檢查發現，該CVT中間變壓器高壓繞組調匝端子箱密封圈損壞，導致進水受潮。

下文分析了目前運行的500 kV CVT的內部結構原理，介紹了電磁單元常見的異常及故障現象，提出了幾種停電絕緣檢測方法。

1 500 kV CVT結構原理

500 kV CVT總體上分為電容分壓器和電磁單元2部分。電容分壓器由高壓電容C1(通常由C11，C12，C133節串聯)和中壓電容C2串聯組成；電磁單元則由中間變壓器、補償電抗器及限壓裝置、阻尼器等組成。運行電壓經過電容分壓后輸出至中間變壓器，分別用作計量、測量、保護。運行電壓經過中壓電容C2后，可接載波裝置；其中，中壓電容起耦合作用。

高壓電容C1由電容器C11，C12，C13自上而下串聯而成，C11，C12單獨瓷套，C13與C2共瓷套。中壓輸出端不引出，但可通過接地刀閘K接地，便于使用反接線法測試電容C13及C2的tanδ和電容量。

CVT的瓷外殼內裝有以薄膜與電容器紙復合材料為介質的多個串聯電容器元件，并以絕緣油進行真空浸漬。電磁單元將中間變壓器、補償電抗及所有附件都裝在一個鐵殼箱體內，承受的電壓一般低于20 kV。CVT電容分壓器與電磁單元之間過渡用的中壓套管采用不飽和聚脂玻璃纖維復合材料作為絕緣層，具有絕緣強度高、介質損耗低、脆性小等特點。

2 500 kV CVT電磁單元常見故障分析

CVT常見故障有電容器擊穿、爆炸，二次電壓輸出異常，二次端子排燒壞等。其主要原因是電容分壓器和電磁單元受潮絕緣水平下降、設計場強過高、鐵磁諧振、內部元器件擊穿、安裝不合理等。

電磁單元常見的故障異常主要有以下幾類。

2.1 油箱發熱

在投切CVT設備過程中，高壓母線可能產生較大過電壓，導致設備二次阻尼器元件損壞，破壞阻尼器工頻諧振條件，從而導致電氣發熱，使阻尼器所處的互感器電磁單元溫度異常。

圖1 500 kV CVT的電氣原理與設備結構

2.2 絕緣受潮

(1) 內部膨脹器在試漏過程中漏氣進水，在產品運行或放置一段時間后，水分逐漸溶解在油中。

(2) 產品清洗時油壓塞子未緊固，造成進水。

(3) 二次端子箱、高壓繞組調匝端子箱密封不嚴，導致進水受潮。

2.3 中壓套管絕緣損壞

CVT電容分壓器與電磁單元之間過渡用的中壓套管主要采用不飽和聚脂玻璃纖維復合材料絕緣；中壓套管高壓對固定該套管的金屬螺桿放電，可能導致絕緣擊穿。

2.4 絕緣擊穿

CVT接地引下線接地不良或被挖斷，電容尾端出現過電壓，保護間隙上下銅球放電；同時可能導致一、二次繞組間的絕緣損壞，一次繞組保護用避雷器擊穿，連接引線對外殼放電等，最終造成電磁單元損壞。

2.5 二次無電壓輸出

電磁單元中壓連接線斷開或脫落，主要原因是端頭連接片壓接過度或松弛。中壓線斷開或脫落觸碰到電磁單元內低壓連接線，造成中壓接地，導致二次無電壓輸出。

2.6 噪音異常

中間變壓器內部元件發生諧振，系統高次諧波侵入等，將引發分壓電容器或中間變壓器、電抗器異響。另外，電磁單元內帶鐵芯部件如中間變壓器、補償電抗器固定螺栓松動，也可能產生振動發響。

2.7 滲漏油

油箱外殼緊固螺栓緊力不夠、運行中松動、密封圈老化變形或被壓壞等，都可能導致絕緣油滲漏。

3 500 kV CVT電磁單元絕緣檢測

CVT電磁單元油樣出廠時已檢驗，且其電壓較低(最高額定電壓為20 kV)，只要運行正常，無需取樣化驗。如確需檢驗，油箱底部有取油樣孔。可從電磁單元油箱頂部注油孔進行補油，油位應在視察窗中位以上約5-10 mm，以保證在環境溫度的最低和最高限值內油位可見。

3.1 絕緣電阻試驗

(1) 根據《中國南方電網公司預防性試驗規程》進行。電容分壓器低壓端對地絕緣電阻采用1 000 V兆歐表測量，一般不低于100 MΩ；但對中間變壓器的絕緣電阻則無周期性試驗要求。

(2) 根據廠家要求進行。如西安西電電容器廠要求用2 500 V兆歐表，在一次繞組低壓端(X端)對地、二次繞組間及對地、阻尼器引出端對地及各端子之間進行測量，測量值應不小于1 000 MΩ。

3.2 tanδ及電容量試驗

目前運行中的500 kV CVT中壓抽頭基本不引出，進行電磁單元tanδ及電容量測試時，可能受到下面2節電容器的影響。由于CVT電磁單元的結構與常規電磁式電壓互感器的結構類似，基于CVT內部結構及A I-6000F型介損儀原理，提出了以下幾種電磁單元tanδ及電容量的試驗方法。

3.2.1 正接線法

正接線法的試驗接線及等值電路如圖2所示，CVT的β，N端短接加壓，X端懸空，中間變壓器二次繞組短接接介損儀信號線。介損儀試驗選擇正接線法時，由于受N點絕緣水平的限制，試驗電壓不宜超過3 kV。

圖2 正接線法

該方法測得的是C13與C2并聯后再與Cx串聯的電容量及介質損耗因數tanδ。具體公式如下：

由于(C13+C2)遠大于Cx，因此 tanδ≈tanδx，即測得的tanδ可近似認為是中間變壓器一次繞組對二次繞組的介質損耗因數。

3.2.2 反接線高壓屏蔽法

反接線高壓屏蔽法的試驗接線及等值電路如圖3所示，CVT的β，N端短接加壓，X端懸空，中間變壓器二次繞組短接接地，介損儀高壓屏蔽線(圖3中虛線，與高壓芯線等電位)接α點。介損儀試驗選擇反接線法時，由于受N點絕緣水平的限制，試驗電壓不宜超過3 kV。

圖3 反接線高壓屏蔽法

該方法測得的是C13與C2并聯后再與Cx串聯的介質損耗因數，計算方法同公式(2)。由于該方法不能排除N點對地雜散電容的影響，測得的tanδ可近似認為是中間變壓器一次繞組對鐵芯、外殼和二次繞組的介質損耗因數。

3.2.3 末端屏蔽法

由于500 kV CVT電磁單元的結構原理本質上與電磁式電壓互感器相似，可引入電磁式電壓互感器的末端屏蔽法進行測試。試驗接線及等值電路如圖4所示，CVT的β，N端短接加壓，X端接地，中間變壓器二次繞組單邊短接接地。介損儀試驗選擇正接線法，由于受N點絕緣水平的限制，試驗電壓不宜超過3 kV。

圖4 末端屏蔽法

該方法能排除二次端子板臟污、受潮、有裂紋所產生的測量誤差，一次繞組電壓分布與實際運行中一致，能較真實地反映中間變壓器內部絕緣狀況。但一次繞組對地的一部分電容也因電壓低而被屏蔽。

3.2.4 末端加壓法

目前，變電站運行的500 kV CVT設備中壓抽頭均未引出，但設置了一個地刀K輔助試驗，因此，可引入電磁式電壓互感器的末端加壓法進行測試。試驗接線及等值電路如圖5所示，合上地刀K，X端加壓，中間變壓器二次繞組單邊短接接介損儀信號線。介損儀試驗方法選擇正接線法，由于受X點絕緣水平的限制，試驗電壓不宜超過3 kV。

圖5 末端加壓法

該方法主要檢測的是中間變壓器一、二次繞組間的tanδ及電容量。完全消除了分壓電容器的影響。由于一次繞組首端接地，現場測試結果幾乎不受干擾。但由于一、二次繞組試驗電壓自下而上逐級降低，與實際運行中相反，同時測量結果易受二次接線板臟污、開裂等因素影響。

4 結論與建議

500 kV CVT電磁單元雖然在運行中承受的電壓不高，但近年多次出現漏油及進水受潮現象，其低可靠性已嚴重影響CVT的安全運行。現場定期預試項目不易發現其絕緣缺陷，且由于其型號、結構及裝配工藝不盡相同，造成tanδ及電容量試驗數據分散性大。因此，對500 kV CVT的交接驗收及運行維護提出以下幾點建議。

(1) 廠家必須在設備出廠時提供電磁單元中間變壓器的勵磁曲線、補償電抗器感抗、阻尼器和限幅器參數等關鍵技術參數，以便在現場交接試驗時進行縱向比較。

(2) 廠家必須在設備出廠時提供中間變壓器的tanδ及電容量出廠試驗數據及試驗方法，現場試驗數據與初始值相比不應有顯著變化。

(3) 現場交接試驗時，對電容器C13，C2除進行反接線法tanδ及電容量試驗外，還必須進行整體正接線法試驗，以排除CVT高壓繞組調匝端子箱進水受潮缺陷。

(4) 設備運行中對電磁單元除進行滲漏檢查、紅外測溫外，還應重點關注是否存在異響及二次電壓變化情況，以避免CVT因高次諧波諧振損壞。

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