兩起因襯墊開裂引起的電容式電壓互感器異常發(fā)熱分析和處理

吳 昊，韓彥華，楊智軍，劉 劍，李良書

（1.國網(wǎng)陜西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，陜西西安710199；2.國網(wǎng)陜西省電力有限公司檢修公司，陜西西安710048；3.國網(wǎng)陜西省電力有限公司，陜西西安710004）

0 引言

電容式電壓互感器在電網(wǎng)中非常廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器互感器相比，電容式電壓互感器具有絕緣性能好、生產(chǎn)成本低、不易與斷路器斷口電容產(chǎn)生諧振等優(yōu)點。近年來，電容式電壓互感器在運行中出現(xiàn)溫度分布異常、二次電壓異常等情況較多，需要分析缺陷原因，在生產(chǎn)制造，設(shè)備驗收，運行維護時加強監(jiān)督，防止互感器異常引起計劃外停電等電網(wǎng)故障[1-4]。

2019年某省發(fā)現(xiàn)了兩起電容式電壓互感器缺陷，均表現(xiàn)為溫度分布異常，經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)互感器缺陷原因均為低壓套管襯墊開裂引起下節(jié)電容少油狀態(tài)下運行。兩起缺陷原因一致，現(xiàn)象相似，故可以比較綜合討論。

1 設(shè)備運行狀況

某750 kV變電站電容式電壓互感器，2014年4月出廠。2019年9月，變電站后臺出現(xiàn)線路保護PT斷線報文，運維人員現(xiàn)場對互感器進行了紅外測溫，發(fā)現(xiàn)互感器A相下節(jié)分壓電容溫度分布異常，紅外圖譜如圖1所示。繪制A相、B相下節(jié)電容溫度沿豎直方向的溫度分布曲線，如圖2所示，可以看出B相溫度分布自上而下過渡平緩，無明顯凸起形態(tài)，A相中下部存在明顯極大值。對互感器外觀進行檢查，套管電磁單元無異常，但油位超過視察窗上限。

圖1 電壓互感器紅外圖譜

圖2 溫度分布曲線

2 設(shè)備試驗數(shù)據(jù)

臨停后對互感器三相均開展了電容、介損測量試驗，試驗結(jié)果如表1所示。A相下節(jié)電容數(shù)據(jù)不合格。通過試驗發(fā)現(xiàn)，分壓電容C11電容量由19.15 nF增長至21.93 nF，初值差為14.5%，達到標準警示值的7倍，介損也由0.055%增長至0.682%。依據(jù)標準DL/T 393—2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，電容式電壓互感器電容量初值差不超過±2%（警示值），介質(zhì)損耗因數(shù)≤0.5%（注意值），因此電容量與介質(zhì)損耗試驗數(shù)據(jù)不合格[5]。

表1 A相下節(jié)電容試驗數(shù)據(jù)

電容式電壓互感器為單相單柱式結(jié)構(gòu)，由電容分壓器以及電磁單元構(gòu)成。電容分壓器由一系列電容單元串聯(lián)組成，包括上節(jié)高壓電容以及下節(jié)分壓電容，其作用是將一次側(cè)電壓降至下節(jié)分壓電容輸出電壓。電磁單元包括補償電抗器、中壓變壓器等部分。電磁單元通過中間變壓器，將下節(jié)分壓電容輸出電壓降為供系統(tǒng)測量、繼保裝置、控制系統(tǒng)使用的二次電壓信號。電路結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 電容式電壓互感器電路結(jié)構(gòu)圖

結(jié)合異常報文、紅外熱像圖譜以及試驗數(shù)據(jù)，可初步判斷互感器可能存在電容芯子部分擊穿的現(xiàn)象，不能再安全運行。于試驗當(dāng)天對互感器進行了整體更換，并恢復(fù)線路運行。

3 解體檢查及原因分析

電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)圖如圖4所示[4]，可以看到電磁單元位于電容式分壓器下部，下節(jié)分壓電容通過套管將電壓引至中間變壓器。

對該電容式電壓互感器解體發(fā)現(xiàn)，下節(jié)電容器底部低壓套管的襯墊已開裂，如圖5所示。低壓套管存在漏油現(xiàn)象，位于下節(jié)電容器下方的電磁單元油箱內(nèi)油已滿。另一方面，下節(jié)電容器電容芯子解體后可明顯觀察到芯子上部比較干燥，變壓器油沒有浸沒，如圖6所示。拆開電容芯子可發(fā)現(xiàn)多個擊穿元件，擊穿點如圖7所示。

綜合以上解體分析可以得出，該電容式電壓互感器的缺陷發(fā)展是，襯墊開裂引起下節(jié)電容漏油，下節(jié)電容的上半部分的電容單元在缺油工況下運行，絕緣強度下降，最終引起部分電容元件擊穿以及互感器表面溫度分布異常。

圖4 電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)

圖5 低壓套管襯墊開裂

圖6 芯子干燥部位

圖7 元件擊穿點

4 另一起類似缺陷

某330 kV變電站電容式電壓互感器，2014年4月出廠，與第一起缺陷涉及設(shè)備為同廠家、同型號、同批次產(chǎn)品。2019年4月，該互感器A相中部溫度異常，油位視察窗已滿。臨時停電后對互感器進行電氣測量，介損值及電容值均嚴重超標。下節(jié)電容器電容量由14.95 nF增長為18.63 nF，初值差達24.61%，達到標準警示值的12倍，介質(zhì)損耗由0.039增長為0.938，電容量和介質(zhì)損耗均嚴重超標。經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)，該互感器的下節(jié)電容器低壓端子襯墊破裂，下節(jié)電容器缺油運行時電容芯子元件溫度升高、絕緣性能降低，部分元件發(fā)生擊穿。

5 結(jié)語

襯墊或密封圈開裂是造成電壓互感器故障或缺陷的重要誘因，據(jù)廣州電網(wǎng)統(tǒng)計：2005年1月~2015年12月，廣州電網(wǎng)通過帶電測試、停電檢測以及運行巡視等方式共累計發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器運行隱患104起，其中由于二次端子蓋銹蝕或密封膠圈老化造成電壓互感器部件異常的共34起，占比32.69%[5]。

設(shè)備廠家對襯墊、密封圈等密封裝置予以足夠的重視，可在設(shè)計、材料、安裝等多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以控制：選用彈性強，撕裂強度高、老化速度慢的材質(zhì)；設(shè)計尺寸時充分考慮各種情況；安裝時使用力矩扳手，嚴格按照規(guī)程，避免局部張力過大、內(nèi)部擠壓斷裂的情況。亦可通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少緩沖襯墊的使用。

對于電網(wǎng)的運維人員可從三方面加強對互感器的監(jiān)測，及早排除隱患。比較互感器三相電壓，注意是否有三相電壓不平衡的現(xiàn)象；當(dāng)漏油導(dǎo)致電容發(fā)生擊穿短路時，主電容或分壓電容的電容量必然會下降，這就會引起測量電壓的升高或下降，故障相與正常運行相就會有電壓差存在。加強對互感器的紅外測溫，并將各個互感器的溫度分布加以比較，以及巡視時注意觀察互感器電磁單元的油位，并與歷時記錄比較，當(dāng)油位有異常上漲時應(yīng)引起充分重視。