220k V電容式電壓互感器二次電壓單相異常試驗分析

王 靜 高 倩 周 琦 李 峰 毛 玲

國網鄭州供電公司 河南 鄭州 450000

引言

電容式電壓互感器(Capacitor VoltageTrans-for mer,以下簡稱CVT)因為體積小、價格低、沖擊絕緣強度高、不易產生系統諧振等優點被廣泛應用于110k V及以上電力系統中。CVT 主要由電容分壓器和中壓變壓器兩部分組成,其中電容分壓器由瓷套和裝在其中的主電容(高壓電容)及分壓電容(中壓電容)組成;中壓變壓器是將中間變壓器、避雷器、補償電抗器和阻尼裝置裝在密封油箱內而形成。CVT常見的故障包括：二次電壓波動、二次電壓偏低、二次電壓偏高、電磁單元油位過高和運行時有異常聲音等。本文中筆者針對某變電站220k V母線CVT 二次電壓單相異常問題進行了理論分析和試驗研究。

1 電容式電壓互感器結構

電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中壓變壓器組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯電容器組成,瓷套內充滿保持0.1 MPa正壓的絕緣油,并用鋼制波紋管平衡不同環境以保持油壓,電容分壓器可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器由裝在密封油箱內的變壓器、補償電抗器、避雷器和阻尼裝置組成,油箱頂部的空間充氮。一次繞組分為主繞組和微調繞組,一次側和一次繞組間串聯一個低損耗電抗器。由于電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時會在電容式電壓互感器內引起鐵磁諧振,因而用阻尼裝置抑制諧振,阻尼裝置由電阻和電抗器組成,跨接在二次繞組上,正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗,當鐵磁諧振引起過電壓,在中壓變壓器受到影響前,電抗器已經飽和了只剩電阻負載,使振蕩能量很快被降低。

2 故障基本情況

2014年5月11日,某220k V變電站發生2210單元線路B相CVT二次回路電壓顯示異常故障：其中1a-1n,2a-2 m 和da-dn二次線圈輸出電壓分別為53.5 V,53.8 V和93.3 V(正常值應為57.7 V,57.7 V 和100 V)。現場外觀 檢 查 正 常 無 異 常 音 響。 該 故 障 設 備 信 息 如 下,型 號：,膜紙復合絕緣型,出廠日期：1992年8月。該電容式電壓互感器由2節瓷套外殼內的電容分壓器和安裝在下部油箱內的電磁單元兩部分構成,其中C11安裝在第1節瓷套內。C12和分壓電容C2共裝在第2節瓷套內,中間變壓器一次繞組并聯在C2兩端,一次繞組末端X 在油箱內部接地。二次線圈6個端子1a-1n,2a-2n和da-dn引出至二次端子盒,C2末端N引出至端子盒并接地。C2首端有試驗抽頭引至第2節瓷套瓷群之間,其結構示意圖如圖1所示。根據3個二次側電壓均低于正常值但未完全失壓的現象初步推斷,可能的原因有：一是電磁單元中間變壓器二次線圈部分匝間短路;二是電容分壓器C2的電容量增大;三是電容分壓器C11、C12電容量減小。

圖1 2210間隔B相電容型電壓互感器結構示意圖

3 問題分析

3.1 故障原因初析 系統B、C兩相運轉正常,紅外熱像檢測顯示A 相比B、C相溫度高5℃,可以初步判斷是A相CVT故障。檢查發現二次回路各端子連接情況均完好,各電容分壓器低壓端N點接地皆可靠,各避雷器低壓端子接地皆可靠,各補償電抗器低壓端子接地皆可靠。假設此時高壓電容C1完好,構成中壓電容C2的內部部分電容發生了擊穿短路,則C2電容量增大,則系統運行中C2分得的電壓將減少,從而造成T 二次側輸出電壓降因為一次側電壓的降低而降低;假設此時C2電容完好,構成高壓電容C1的內部部分電容被擊穿短路,則C1電容量增大,則運行中C2分得的電壓將增大,從而造成T二次側輸出電壓因為一次側電壓的升高而升高,與本次出現的現象相吻合。

3.2 基于電容式電壓互感器二次電壓運維建議 綜上所述,當CVT內部個別單元存在擊穿故障時,會導致電容分壓比變化,從而導致一次電壓監測值發生變化。通過對高壓試驗數據進行分析,可以對故障情況作出準確判斷。針對以后的工作提出以下改進措施。1.運行人員加強對該CVT的巡視力度,對監測電壓異常的CVT,應及時分析原因,通過電壓的橫向、縱向對比及時發現缺陷。2.做好CVT設備一次電壓的長期記錄,根據一次電壓值變化量的大小,來判斷設備是否存在內部故障。嚴格執行對CVT的預防性試驗,對結果進行對比分析,發現明顯增長,建議進一步分析及大修處理。找出交接試驗與出廠值試驗數據為何不同的原因,進行進一步對比。3.加裝CVT在線監測裝置,當初步判斷電壓存在異常時,可以在不停電的情況下,通過在線監測裝置測量CVT的電容及介損損耗,然后再作綜合判斷。4.落實好設備試驗數據得移交與整理工作,有助于以后對設備進行數據分析;有對該CVT進行大修或技改的機會可與廠家深入交流,提高產品制造質量。

結語

綜合以上直阻、絕緣電阻、介損及電容量及局部放電測試和設備解體情況分析：該故障CVT出廠至今已服役22年,由于CVT分壓電容C2首段引出的試驗抽頭螺絲密封性下降,C2絕緣長時間深度受潮,導致N 點絕緣電阻下降,同時其介損和電容量明顯增長。由于電容量增長改變了3個分壓電容之間的分壓比,所以才引起了運行電壓下二次線圈電壓降低的現象[5]。在所管轄變電站范圍內統計,同批次、同結構類型帶有中間試驗抽頭結構的電容式電壓互感器,加強紅外測溫工作,并結合停電計劃性工作進行統一排查;上報計劃,加快更換特老舊CVT 設備更換速度,尤其是投運20年以上的設備;推廣CVT的相對介質損耗和電容量比值帶電測試項目。