220 kV電容式電壓互感器電磁單元過熱故障分析

胡永方，歐陽卓，劉濱升

(國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽414000)

220 kV電容式電壓互感器電磁單元過熱故障分析

胡永方，歐陽卓，劉濱升

(國網湖南省電力公司岳陽供電分公司，湖南岳陽414000)

文章介紹了電容式電壓互感器的結構原理，分析了運行中的220 kV電容式電壓互感器電磁單元故障引起的過熱現象，提出以紅外檢測技術為基礎，結合停電診斷性試驗的方法來進行聯合故障診斷，診斷結果準確可靠，并對電容式電壓互感器的現場檢測和故障診斷提出了建議。

電容式電壓互感器；電磁單元；紅外檢測；診斷試驗

由于電容式電壓互感器 (以下簡稱CVT)具有沖擊絕緣強度高、體積小、制造簡單，并能有效避免鐵磁諧振等優點〔1〕，廣泛使用在110 kV及以上電壓等級的電網中。但由于其設計、結構等原因，導致CVT電磁單元內部空間及各元件間的絕緣距離相對較小，且運行過程中，經常要承受電網的過電壓，運行工況較差的影響。此外，目前CVT制造廠家眾多，裝配工藝參差不齊，部分廠家對原材料質量把關不嚴，因此，目前CVT的電磁單元故障概率較電容單元明顯偏高〔2〕。

1 CVT的工作原理

圖1 220 kV電容式電壓互感器的電氣原理圖

CVT總體上可分為電容分壓器和電磁單元兩大部分。電容分壓器由高壓電容C1及分壓電容C2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。220 kV電容式電壓互感器的電壓原理圖如圖1所示。在圖1中，C1為高壓電容，C2為分壓電容，T為中間變壓器，L為補償電抗器，Z為阻尼裝置，S為保護間隙，a，x為主二次繞組，af，xf為輔助二次繞組。補償電抗器L用來補償容抗壓降隨二次負荷變化對CVT準確級的影響。阻尼器Z用于阻尼CVT內部可能出現的鐵磁諧振，這是因為CVT的電容分壓器、帶鐵芯的補償電抗器和中間變壓器，構成了電容和非線性電感的串聯回路，在一定條件下會產生鐵磁諧振。

目前阻尼器主要有速飽和電抗型和諧振型兩種類型。速飽和電抗型阻尼裝置是靠鐵芯的快速飽和將電阻快速接入電容式電壓互感器回路，在工頻條件下，電抗器的阻抗很大，通過阻尼器的電流很小，通常只有幾十毫安，其功耗和儲能均很小；而當發生鐵磁諧振時，電抗器的電感急劇減小，將電阻迅速接入諧振回路，來吸收諧振能量，其具有良好的暫態響應〔3〕。諧振型阻尼裝置是由電阻、電感和電容經串并聯構成，在工頻狀態下，電感和電容組成并聯諧振回路，整個阻尼裝置等效阻抗為無窮大，相當于不接入；而發生分頻諧振時，電感、電容的諧振回路被破壞，阻尼器作為一個有效阻抗接入，來抑制諧振，但其暫態響應不夠好〔4〕。

2 故障案例

2.1 故障簡況

2014年11月 18日，發現220 kV某變電站220 kV出線A相CVT電磁單元有異常發熱現象，隨后對該CVT開展紅外精確測溫。

環境條件為溫度21℃，濕度55%RH，天氣為晴朗，紅外檢測圖譜如圖2所示。

圖2 某CVT電磁單元紅外檢測圖譜

紅外精確測溫顯示，該CVT電磁單元確有發熱現象，測量最高溫度為68.4℃，為綜合致熱型缺陷。圖像特征為以整體溫升偏高，且中上部溫度大〔5〕。查閱歷史報告，該CVT為1995年西安電力機械制造有限公司生產，型號:

2.2 診斷試驗與解體檢查

停電更換該相CVT，并對其進行缺陷診斷試驗并解體檢查。對該相CVT進行外觀及油箱油位檢查，無明顯放電痕跡，油箱油位正常。

2.2.1 診斷試驗情況

1)電容單元介損及電容量測量 (使用儀器: PH2801)，介損及電容量數據見表1所示，與初始值 (2013年11月測試)比較，電容量初值差在合格范圍內，小于標準要求值 (±2%)。與 《輸變電設備狀態檢修試驗規程》比較，介損數據小于標準值 (0.25%)，介損及電容量測試結果合格。

表1 介損及電容量數據

2)電磁單元絕緣電阻測試，電磁單元絕緣電阻測試數據見表2所示，絕緣電阻測試數據合格，表明電磁單元一、二次繞組主絕緣良好。

表2 電磁單元絕緣電阻測試數據 MΩ

3)繞組直流電阻測試，在阻尼裝置拆除前后測試繞組直流電阻，測試數據見表3所示，繞組直流電阻測試數據合格，說明繞組不存在斷路、短路現象。

表3 繞組直流電阻測試數據 Ω

4)在阻尼裝置拆除前后測試變比，測試數據見表4所示，測試結果表明阻尼裝置對變比測試結果影響較大，不帶阻尼裝置的測試結果與實際值接近，帶阻尼裝置的測試結果與實際值相差較大。所以，初步懷疑阻尼裝置存在缺陷。

表4 繞組變比測試數據

5)電磁單元的空載試驗，選擇二次繞組端子af.xf加壓，分別在阻尼裝置拆除前后兩種情況下開展空載試驗。試驗數據見表5—6所示。

表5 空載數據 (帶阻尼裝置)

表6 空載數據 (不帶阻尼裝置)

空載試驗發現，阻尼裝置對測試結果影響顯著。帶阻尼空載加壓時，空載電流上升很快，空載損耗急劇增加，如空載電壓為50 V時，空載電流為4.31 A，損耗達到了215.91 W。不帶阻尼加壓時，電流上升平緩，同樣電壓50 V時，空載電流為0.093 A，損耗僅為2.987 W。所以，可以進一步懷疑阻尼裝置存在缺陷，導致帶阻尼空載試驗時，數據異常。

6)鐵芯勵磁特性測試，選擇二次繞組端子a.x加壓，在阻尼裝置拆除后測試鐵芯勵磁特性曲線如圖3所示，拐點電壓71.07 V，電流0.298 4 A。拐點電壓偏低，約為額定工作電壓的1.25倍，鐵芯質量尚可，不會造成正常工作電壓下的發熱缺陷。

圖3 CVT的勵磁特性曲線

通過以上試驗結果，可以判斷為是由于阻尼裝置損壞導致該CVT電磁單元的過熱故障。為了進一步確定原因，找到發熱點，決定對電磁單元解體檢查。

2.2.2 解體檢查情況

放油完畢之后，首先對電磁單元各部分元件進行外觀檢查。檢查結果發現阻尼電阻有嚴重燒焦痕跡 (如圖4所示)，其余元件外觀無異常。元件進行電氣參數測試，見表7所示。

表7 阻尼裝置中元件參數測試

結果表明阻尼電阻值和電感值數據正常，而電容器的電容量無法測出，電容器已被完全擊穿而形成導通。

圖4 阻尼電阻安裝位置及燒焦情況

3 故障原因分析

該阻尼器屬于諧振型阻尼裝置，由一個電感和電容并聯后與一個電阻串聯而成，原理圖如圖5所示。在正常工作狀態 (工頻)下電感和電容處于并聯諧振狀態，并聯支路相當于開路狀態，阻尼電阻R不接入；而當系統發生操作過電壓時，電流中的分頻或高頻分量增加，導致阻尼裝置回路中電感、電容的并聯諧振條件被破壞，電阻 R接入，抑制諧振。

圖5 阻尼裝置Z原理結構

通過對故障CVT進行診斷試驗和解體檢查，相互印證，綜合判斷，得出本次CVT電磁單元異常發熱的根本原因是由于阻尼裝置中的電容器在長期工作電壓或內部過電壓下被完全擊穿，導致工頻諧振條件被破壞，阻尼電阻在工作電壓下長期接入引起發熱。

4 結語

1)CVT電磁單元異常發熱是由于阻尼裝置中的電容單元在長期工作電壓或內部過電壓下被完全擊穿，導致工頻諧振條件被破壞。阻尼電阻在工作電壓下長期接入，流過較大電流引起阻尼電阻發熱，熱量擴散導致整個電磁單元油箱出現過熱。

2)由電阻過流造成油箱發熱的缺陷具有溫升高且溫度上升快的特點，利用紅外熱像檢測能夠準確、及時地發現。同時，對于老舊CVT，應結合季節性專業化巡檢，進行精確測溫，尤其是帶有諧振型阻尼裝置的電磁單元，應有詳細檔案記錄，巡檢時重點關注，及時發現設備缺陷。

3)紅外熱像檢測技術能夠有效地發現CVT電磁單元的發熱缺陷。在進行紅外檢測時應對發熱部位進行縱橫向比較，避免漏判和錯判。

〔1〕韓芳，遲殿林.TVC在運行中出現的幾個故障實例 〔J〕.東北電力技術，2002，23(8):40-42.

〔2〕姜炯挺，劉鵬，夏巧群，等.對一起電容式電壓互感器過熱故障的綜合判斷 〔J〕.供用電，2012，29(6):63-66.

〔3〕王德忠，王季梅.電容式電壓互感器速飽和電抗型阻尼器的研究 〔J〕.上電科技情報，1999(3):43.

〔4〕張霽.電容式電壓互感器的特點及存在問題 〔J〕.江蘇電機工程，2000，19(1):35-36.

〔5〕帶電設備紅外診斷應用規范:DL/T664—2008〔S〕.北京:中國電力出版社，2008.

〔6〕李長慶，敬江彬，趙春捷，等.淺談紅外診斷技術在變電站電力設備中的應有 〔J〕.黑龍江電力，2008，30(2): 139-142.

〔7〕梁靜，吳冬文.35 kV電容式電壓互感器電磁單元發熱故障分析 〔J〕.江西電力，2013，37(2):65-68.

Analysis on an overheat fault of electromagnetic unit of 220 kV capacitive voltage transformer

HU Yongfang，OUYANG Zhuo，LIU Binsheng

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 414000，China)

The structure principles of capacitive voltage transformer(CVT)are introcluced and the overheating phenomena caused by internal fault of electromagnetic unit are analyzed in the paper.Based on infrared detection technology，a method combined with the power failure diagnostic test is proposed to diagnose the fault accurately and reliably.Finally some proposals on field detection and faults diagnosis of CVT are presented.

capacitive voltage transformer(CVT)；electromagnetic unit；infrared detection technology；diagnostic test

TM451.2

B

1008-0198(2016)04-0073-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.019

胡永方(1984)，男，碩士研究生，工程師，從事過電壓及電氣試驗方面的工作。

2015-12-10 改回日期:2016-03-07

歐陽卓(1987)，男，碩士研究生，工程師，從事過電壓及電氣試驗方面的工作。

劉濱升(1987)，男，碩士研究生，從事過電壓及電氣試驗方面的工作。