35kV電容式電壓互感器電磁單元過熱原因分析及處理

國網(wǎng)河北省電力公司衡水供電公司 祝賀 劉勇 劉廷眾 張海超

1 故障簡述

2017年5月3日紅外精確測溫工作，發(fā)現(xiàn)220kV某變電站35kV母線電容式電壓互感器（以下簡稱CVT）電磁單元溫度64.4℃，如圖1所示。

圖1 B相CVT紅外分析

現(xiàn)場測試條件：天氣：陰，環(huán)境溫度：22℃，相對濕度40%，測試距離3米。正常相（A、C相）為30℃。超出《DL/T664-2008帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》相關(guān)要求，判定為存在危急缺陷。其余各相CVT均正常。

CVT型 號 為WVB235-20HF，2002年7月 出 廠，2002年10月30日投運，戶內(nèi)布置，雙母線分列運行，母線經(jīng)消弧線圈接地。為查找設(shè)備故障原因，決定對故障設(shè)備進行解體檢查以便于進一步分析處理。

2 檢查處理

2.1 CVT檢查試驗

2.1.1 外觀檢查

停運后現(xiàn)場外觀檢查35kV2號母線B相CVT整體外觀良好，油位正常，表面無滲漏油現(xiàn)象，二次接線端子未見燒灼痕跡。

2.1.2 工況核查

核查運維、檢修、調(diào)控及設(shè)備出廠資料等相關(guān)記錄，自2017年1月起，35kV各出線側(cè)未帶負荷，未出現(xiàn)誤操作、系統(tǒng)接地等情況。該故障CVT在2017年4月25日正常運行時由1.1Un短時上升至1.9Un（38kV），持續(xù)15min后系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常。如圖2所示。

圖2 故障相CVT過電壓波形圖

2.1.3 診斷性試驗

根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修規(guī)程》（Q/GDWG1168-2013）關(guān)于CVT的規(guī)定，對故障CVT開展診斷性試驗項目，以檢查設(shè)備故障具體原因。CVT電氣連接原理圖如圖1所示。

2.1.4 絕緣試驗

通過絕緣檢查試驗發(fā)現(xiàn)，補償電抗器并聯(lián)避雷器回路絕緣電阻為0MΩ，測試數(shù)據(jù)見表1所示。

2.1.5 對CVT電磁單元絕緣油進行氣體組分測試

測試結(jié)果參照電磁式電壓互感器標準判定為內(nèi)部存在電弧放電缺陷，測試數(shù)據(jù)見表2所示。

綜合診斷性試驗結(jié)果分析認為，電磁單元內(nèi)部元件在運行過程中發(fā)生電弧放電，補償電抗器并聯(lián)避雷器回路存在短路接地故障。

圖3 CVT電氣連接原理圖

圖4 中變線圈和調(diào)節(jié)端子板上微粒沉淀

表1 電磁單元診斷試驗數(shù)據(jù)

2.2 CVT解體檢查試驗

2.2.1 解體過程

為查找避雷器損壞原因及分析故障具體發(fā)展過程，于2017年5月26日對故障CVT進行了解體檢查，分離電容分壓器和電磁單元發(fā)現(xiàn)電容分壓器中壓套管表面有黃色油霧附著，中間変圧器線圈及調(diào)節(jié)端子板上有黃色微粒沉淀，砸破避雷器瓷套后發(fā)現(xiàn)瓷套內(nèi)有絕緣油，內(nèi)壁有電弧灼燒痕跡；拆解阻尼器發(fā)現(xiàn)阻尼器電阻絲和速飽和線圈燒損，絕緣材料燒焦炭化。解體寫真如圖3、圖4、圖5所示。

2.2.2 檢查試驗

分離電磁單元內(nèi)部各組件，對各組件進一步進行檢查試驗，試驗結(jié)果如表3所示。

綜合檢查試驗結(jié)果及解體情況分析，補償電抗器并聯(lián)避雷器絕緣電阻為0MΩ，阻尼器的速飽和電抗線圈的絕緣材料燒焦炭化，導(dǎo)線的繞彎處漆膜與芯體剝離，判斷阻尼器應(yīng)屬于熱擊穿損壞；解剖時避雷器瓷套內(nèi)部有絕緣油，瓷套內(nèi)壁有放電痕跡，可以判斷電弧放電缺陷應(yīng)該發(fā)生在避雷器部位。

3 綜合分析

3.1 故障結(jié)論

該CVT運行過程中因擾動產(chǎn)生自諧振過電壓，且不能有效、快速消除諧振，速飽和阻尼器只能延長工作時間抑制諧振，而阻尼器工作時間延長導(dǎo)致速飽和線圈和電阻絲發(fā)熱，使線圈之間絕緣劣化，導(dǎo)致阻尼器性能進一步下降，消除諧振的時間進一步延長，如此惡性循環(huán)，最終阻尼器徹底失效；由于阻尼器失效不能消除諧振，補償電抗器上持續(xù)過電壓，保護補償電抗器的避雷器閥片沿面電弧放電，瓷套內(nèi)部壓力升高破壞避雷器瓷套密封，絕緣油浸入瓷套內(nèi)部。

表2 絕緣油試驗結(jié)果及分析

圖5 避雷器閥片瓷套內(nèi)放電燒灼痕跡

圖6 阻尼器（速飽和電抗及電阻絲燒損，瓷電阻正常）

3.2 原因分析

3.2.1 設(shè)計原理

避雷器與補償電抗器并聯(lián)，起保護補償電抗器的作用，同時對抑制鐵磁諧振起輔助作用，在系統(tǒng)過電壓、CVT發(fā)生諧振以及二次過載甚至短路情況下補償電抗器電壓會升高，此時避雷器動作，保護補償電抗器。

速飽和阻尼器的作用是抑制鐵磁諧振，CVT在額定電壓下速飽和電抗為高阻抗，通過電阻絲的電流接近為0，而當發(fā)生鐵磁諧振或一次過電壓時二次電壓隨之升高，速飽和電抗迅速飽和，感抗值降低，通過電阻絲的電流增大，阻尼器開始工作破壞諧振條件，達到消除諧振的作用。

鑒于阻尼器在額定電壓時不工作，只有在過電壓或鐵磁諧振導(dǎo)致二次電壓升高時短時投入工作，所以阻尼器按短時工況設(shè)計，標準規(guī)定35kVCVT在1.9Un的過電壓下可以運行8小時，電壓如果繼續(xù)升高，導(dǎo)致阻尼器損壞的時間會急劇縮短，當過電壓達到2.1Un時幾分鐘時間阻尼器就可能損壞，這是速飽和型阻尼器的特性。

表3 內(nèi)部各組件檢查試驗結(jié)果

圖7 速飽和阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 廠家采用的速飽和阻尼器結(jié)構(gòu)示意圖

圖9 優(yōu)化設(shè)計后的速飽和阻尼器

速飽和阻尼器結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3.2.2 設(shè)計核查

核查生產(chǎn)廠家生產(chǎn)2002年7月該批次CVT的設(shè)計圖紙，廠家在設(shè)計時采用將速飽和阻尼器并聯(lián)在剩余繞組，同時并聯(lián)一個50Ω的純電阻的結(jié)構(gòu)，如圖8所示。在保證輸出誤差的情況下增加二次純電阻負荷，配合速飽和電抗和繞線電阻，以解決速飽和阻尼器不能在0.9～1.1Un情況下有效阻尼CVT內(nèi)部鐵磁諧振的情況。

2010年，該制造廠棄用此結(jié)構(gòu)，同時優(yōu)化設(shè)計，如圖9所示。將速飽和阻尼器改接在主繞組，同時取消了50Ω的并聯(lián)電阻。

3.2.3 總結(jié)

廠家采用的阻尼器設(shè)計參數(shù)為1.9Un時電流2.0～2.5A，可以有效快速消除諧振的作用，而該臺CVT由于速飽和阻尼器設(shè)計不當、制造工藝不良，導(dǎo)致在長時間運行過程中特性改變，正常運行過程中產(chǎn)生自諧振過電壓，損壞速飽和阻尼器，最終導(dǎo)致保護補償電抗器的避雷器閥片沿面電弧放電。

4 結(jié)束語

通過以上分析，總結(jié)認為該生產(chǎn)廠家該批次CVT存在設(shè)計不當、制造工藝不良的問題，對于在運的CVT應(yīng)采取有效的防范手段建議如下：

對于CVT的監(jiān)測最便捷、有效的方法就是紅外精確測溫，對于同批次的這種運行超過10年的CVT，建議加強監(jiān)控，紅外精確測溫周期由1年縮短至3個月，以便及時發(fā)現(xiàn)故障苗頭，采取應(yīng)對措施；

加強電力設(shè)備監(jiān)造工作，對工程設(shè)備的設(shè)計、加工、制造、儲運、材料采購、組裝和測試等重要形成過程、關(guān)鍵部件的質(zhì)量控制進行見證、檢驗和審核，對設(shè)備加工進度進行監(jiān)督，并參與設(shè)備加工制造過程的管理;

對該生產(chǎn)廠家進行約談，分析設(shè)備制造及管理存在的問題，提出整改意見；督促該公司開展專項分析活動，杜絕以后發(fā)生類似問題。

[1]GB/T4703-2001.電容式電壓互感器[s].

[2]董國震，和敬涵．電力系統(tǒng)局部電路諧波諧振產(chǎn)生原因分析及對策[J]．繼電器，2007，35(1)：77-80，84．

[3]朱鴻吉，侯成革，李洪臣．電容式電壓互感器鐵磁諧振產(chǎn)生機理及其抑制方法[J]．電力電容器與無功補償，2011，32(2)：43-46．

[4]陳玉峰，李永寧，尹奎龍，朱文兵，董云競．電容式電壓互感器油箱過熱故障分析[J]．高壓電器，2008，44(5)：486-488．

[5]梅成林，張超樹．電壓互感器鐵磁諧振分析[J]．2008，32(2)：311-313．

[6]王曉琪，葉國雄，修木洪，盛國釗．速飽和型阻尼器對CVT鐵磁諧振抑制特性的研究[J]．高電壓技術(shù)，1998，24(3)：80-82．

[7]房金蘭，藺躍宏，王香芳，趙建洲．速飽和阻尼器在CVT中的應(yīng)用研究[J]．電力電容器，1998，1：1-4．

[8]喬亞軍，林其雄，林李波．500kVCVT電磁單元過熱缺陷分析與處理[J]．電力電容器與無功補償，2015，36(4)：61-63，79．