220kV電容式互感器缺陷分析及防范措施

任在成

【摘 要】本文介紹了一起CVT運(yùn)行中的危急缺陷，結(jié)合二次電壓升高、紅外測溫、介損測試、帶電測試及解體檢查結(jié)果分析了缺陷發(fā)展過程及原因，并給出了針對性的防范措施。

【關(guān)鍵詞】互感器；缺陷；防范措施

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）是高壓電網(wǎng)的重要設(shè)備，主要用于供電計(jì)量、保護(hù)、指示和同期、耦合電容器供電力載波通信線路、高頻保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)通道等。由于CVT具有優(yōu)良的瞬變響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于110kV及以上電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)。受設(shè)計(jì)、制造、工藝水平和原材料等諸多因素影響，電容式互感器投運(yùn)后故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行安全。

本文介紹一起220kV電容式電壓互感器運(yùn)行中的故障情況，通過試驗(yàn)分析、解體檢查，找出了故障原因，并提出了針對性的防范措施。

1 故障概況

2013年1月，某站監(jiān)控機(jī)報(bào)電壓越限，值班員檢查發(fā)現(xiàn)220kVI母線的Uab和Uca母線電壓比Ubc電壓高4kV為232.5kV，Ubc電壓為229kV。用萬用表測量220kV1A母線CVT二次小空開上口電壓均為：Uab：106V，Ubc：103V，Uca：106V。查看當(dāng)日CVT曲線圖發(fā)現(xiàn)：A相母線電壓（圖中紅色部分）從3點(diǎn)43分開始逐漸上升，到4點(diǎn)51分A相電壓基本達(dá)到最大值，此時(shí)A相電壓138.36kV、B相132.36kV、C相132.35kV。

現(xiàn)場對#1A母線電壓互感器進(jìn)行測溫發(fā)現(xiàn)A相下節(jié)電容分壓器上部熱點(diǎn)溫度為9.9℃，而同間隔B、C相同部位約為-9.4℃，溫差已經(jīng)達(dá)到19K， 判斷為A相CVT電容分壓器上部內(nèi)部缺陷，依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》[1]規(guī)定，該缺陷已屬于危急缺陷，需立即停電進(jìn)行處理。

缺陷互感器型號為TYD220/√3-0.01H，1996年03月出廠，投運(yùn)日期：1997年1月16日，該互感器由2節(jié)瓷套外殼的電容分壓器和下部油箱中的電磁單元兩部分組成，其中C11為單獨(dú)一節(jié)耦合電容器，C12與分壓電容和C2共同安裝于下節(jié)瓷套內(nèi)，C12與分壓電容和C2，中間沒有無引出線，其中上節(jié)C11由75單個(gè)電容串聯(lián)，下節(jié)C12由52單個(gè)電容串聯(lián)，C2由23單個(gè)電容串聯(lián)組成。CVT連接圖如圖1。

2 缺陷分析

2.1 電壓理論分析

通過紅外圖譜監(jiān)測，可初步判斷故障部位位于下節(jié)電容分壓器上部，即圖1中C12部分。由一次電壓變化可知，A相正常一次電壓為132.35kV，A相測量值138.36kV，二次電壓u2增大，說明C21中存在部分元件擊穿。由電容式電壓互感器電壓誤差公式[2]可知：

U=U'*（1）

其中U1為電磁單元一次電壓，U外部運(yùn)行電壓，C1為CVT高壓電容，由C11及C12串聯(lián)而成，由公式1可計(jì)算出變化后的電磁單元一次電壓U1，C2為CVT的低壓電容。其中：

C=（2）

其中C11、C12為高壓電容上下兩節(jié)，利用公式（2）可得出C1電容量出廠值為11.95nF。

由公式1可推導(dǎo)出，故障后的電磁單元一次電壓可公式（3）和公式（4）得出，其中缺陷后的高壓電容定位為C，C2未發(fā)生變化。則由此可知：

U=U'*（3）

U=U*（4）

利用公式（3）和公式（4）可計(jì)算出缺陷C電容量為12.59nF，由電容串聯(lián)公式（2）可計(jì)算出缺陷電容C12的電容量為33.04nF，咨詢廠家可知C12由52個(gè)單電容串聯(lián)組成，由額定電容可計(jì)算出單個(gè)電容的電容量約為52*28.97=1506nF，進(jìn)而推算出當(dāng)前仍然有1506/33.04=45.6個(gè)單電容單元正常，即有6-7個(gè)電容單元已經(jīng)被擊穿。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

對該組CVT進(jìn)行測試，B、C兩相常規(guī)試驗(yàn)及A相絕緣試驗(yàn)未見異常，A相上節(jié)介損及電容量測試結(jié)果未見異常。采用單臂電橋測量二次線圈直阻，a1d1為0.014mΩ，a2d2為0.025mΩ，andn為0.098mΩ，數(shù)值正常。

采用自激法測量C21、C22的介損及電容量時(shí)測試無法完成，觀察儀器測試過程，發(fā)現(xiàn)是儀器無法得到高壓側(cè)電壓及電流，由此無法得到最終測試結(jié)果。所使用的介質(zhì)損耗測試儀為山東泛華廠家產(chǎn)品，其自激法測量原理如圖2。

分析原因可知，測試過程中，儀器CN與C2串聯(lián)連接，用來測量流過C2的電流及相位，測試過程中發(fā)現(xiàn)C2的電流測量不到，將電橋的兩根測量線互換位置，此時(shí)CN測量線接入C12的首端，可測量出CN的電容量，測量結(jié)果如表3。分析之前測不出來的原因可知：C2尾端與引出端子間發(fā)生了斷線。

2.3 綜合分析

結(jié)合電壓理論分析及電容量測試結(jié)果綜合分析，初步判斷CVT缺陷如下：一是C12電容單元有6-7個(gè)電容元件存在擊穿，二是C2尾端與引出端子間發(fā)生了斷線。此互感器已經(jīng)不能在繼續(xù)運(yùn)行，為此更換處理。

3 解體檢查

為進(jìn)一步分析缺陷原因，對該互感器及進(jìn)行了解體檢查，檢查發(fā)現(xiàn)：

1）CVT電磁單元的油箱內(nèi)已經(jīng)完全充滿油，C2電容單元末端引出線套管破裂，碎片散落在中間變壓器的鐵芯上，引線在套管接頭處斷裂，引線斷裂處出一個(gè)燒融的小圓尖頭，現(xiàn)場取樣與分析結(jié)果一致。

2）對電容單元進(jìn)行解體，打開下節(jié)電容單元上部的密封蓋，電容單元內(nèi)油位只有約原來的1/2，電容元件上部已經(jīng)沒有絕緣油浸泡，上部1/2的電容單元表面出現(xiàn)了大量X蠟，這上部6個(gè)電容元件有擊穿放電痕跡，與紅外圖譜位置相對應(yīng)。用搖表測量C12的51個(gè)電容元件的絕緣，C12上部從頂端往下連續(xù)6個(gè)電容單元擊穿，C21從底端往上數(shù)第19個(gè)電容單元發(fā)生擊穿，C12部分共有7個(gè)元件擊穿，與分析結(jié)果一致。

3）取下炸開的小瓷瓶，發(fā)線小瓷瓶內(nèi)部有嚴(yán)重的放電痕跡，接線柱及小瓷瓶內(nèi)、外表面積累了大量的炭黑，小瓷瓶的緊固法蘭膠圈有一處燒損痕跡，碎裂的小瓷瓶及接線柱有大量炭黑。endprint

4 原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象及解體情況綜合分析，認(rèn)為此次缺陷起始及發(fā)展過程如下：

A相CVT故障的故障起始位置在CVT的C2電容末端的接地引出線，接地進(jìn)出線斷裂造成C2電容末端懸浮，在高電壓作用下C2末端對地放電造成低壓端小瓷瓶碎裂，同時(shí)將底部橡膠墊燒蝕。放電生成的炭黑在小瓷瓶接線柱和底盤法蘭之間形成新的接地通道，此時(shí)CVT電氣恢復(fù)正常，一次電壓及紅外等信息，故CVT的監(jiān)測電壓未發(fā)生變化。

放電引起的小瓷瓶碎裂及橡膠墊燒蝕，造成電容單元密封破壞，在重力作用下，絕緣油泄漏到電磁單元，從C12上部電容單元的X蠟來看，該滲漏過程時(shí)間比較長，上部電容元件逐漸失去絕緣油后，絕緣裕度降低，電容單元逐漸過熱進(jìn)而產(chǎn)生X蠟，隨著缺陷進(jìn)一步發(fā)展，C12的上部電容單元被一一擊穿，造成二次電壓升高。由圖1可知，而該擊穿過程是一個(gè)非常短暫快速過程，從3點(diǎn)40分左右開始，至4點(diǎn)50分左右電壓穩(wěn)定。此后至最終停電之前電壓未發(fā)生變化，說明內(nèi)部電容單元此時(shí)已完成擊穿過程。

為驗(yàn)證推斷是否正確，恰好該互感器末屏安裝了帶電檢測裝置，查閱其互感器帶電檢測報(bào)告，發(fā)現(xiàn)在2012年5月對該互感器進(jìn)行了一次帶電檢測，測試結(jié)果中發(fā)現(xiàn)C2側(cè)已經(jīng)沒有電流，但測試人員未引起注意，誤認(rèn)為是測試儀器本身出現(xiàn)了故障，由此也可證明在當(dāng)時(shí)電容C2尾端已經(jīng)斷線。

結(jié)合故障情況分析缺陷產(chǎn)生原因?yàn)殡娙菔诫妷夯ジ衅麟娙輪卧狢2末屏懸浮引起，接地懸浮原因C2末端引出線的接頭部位的引線部分?jǐn)嗔?，剩余?dǎo)線截面短路容量不足，在運(yùn)行過程中，長時(shí)間受到振動(dòng)、熱等作用，剩余導(dǎo)線發(fā)生了融化，短路截面越來越短，最終發(fā)生斷裂。

5 總結(jié)

1）電容式電壓互感器的缺陷與廠家設(shè)計(jì)、選材、生產(chǎn)工藝等密切相關(guān)，生產(chǎn)過程中任何一點(diǎn)質(zhì)量缺陷都可能造成電容式電壓互感器長時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)故障。此廠家應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量管理，嚴(yán)格控制，不過每一點(diǎn)可能造成缺陷的質(zhì)量缺陷，確保產(chǎn)品在運(yùn)行中不發(fā)生缺陷。

2）CVT設(shè)備的一次電壓值監(jiān)測能快速發(fā)現(xiàn)CVT內(nèi)部的隱藏缺陷，為此應(yīng)做好CVT設(shè)備一次電壓數(shù)據(jù)的長期記錄，定期對互感器的電壓變化進(jìn)行分析，對于把握互感器運(yùn)行狀態(tài)具有非常重要的幫助。

3）此案例說明：CVT的電容量、介損帶電檢測對發(fā)現(xiàn)電磁、電容單元內(nèi)的缺陷有一定的幫助，但由于開展較少，且尚未建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析方法，測試人員容易忽視發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，造成現(xiàn)場測試過程中對缺陷容易誤判，為此應(yīng)認(rèn)真分析異常的測試數(shù)據(jù)，防止誤判。

【參考文獻(xiàn)】

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