330 kV電容式電壓互感器噴油故障分析*

趙富強，包旺寧，賀 政，丁曉成

(國網(wǎng)慶陽供電公司，甘肅 慶陽 745000)

0 引 言

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下簡稱CVT)是由串聯(lián)電容器分壓，經(jīng)電磁式互感器降壓和隔離，用于繼電保護、表計等的一種電壓互感器。國產(chǎn)CVT從1964年西安電力電容器廠誕生以來，積累了五十多年的歷史經(jīng)驗，在技術(shù)上已經(jīng)進入成熟和穩(wěn)步期。其絕緣強度高，能夠有效降低雷電沖擊，不會與系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振，造價低廉且能兼做耦合電容器用于電力線路載波通信，廣泛應(yīng)用于110kV及以上電力系統(tǒng)中。筆者根據(jù)實際運行中出現(xiàn)的一種噴油故障現(xiàn)象，探討異常過程，得出故障原因，提出運行維護過程中的注意事項和改進措施。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

CVT一般分為電容單元和電磁單位，電容單元主要由電容分壓器(C1高壓電容和C2中壓電容串聯(lián))組成，電磁單元由中間變壓器T、補償電抗器L、阻尼器D、過壓保護元件F組成。電容分壓器由單節(jié)或多節(jié)耦合電容器構(gòu)成，耦合電容器則主要由電容芯體和金屬膨脹器組成。原理如圖1所示。

圖1 電容式電壓互感器原理圖C1.高壓電容 C2.中壓電容 T.中間變壓器 L.補償電抗器 D.阻尼器 F.過壓保護元件 1a1n.主二次1號繞組 2a2n.主二次2號繞組 dadn.剩余電壓繞組(100 V)

為補償由于負(fù)載效應(yīng)引起的電容分壓器的容抗壓降，使二次電壓隨負(fù)載變化減小，在中壓回路中串接有電抗器，設(shè)計時使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到規(guī)定的負(fù)荷范圍和準(zhǔn)確級的電壓信號。在中間變壓器二次側(cè)的一個繞組上，接有阻尼器，以便能有效抑制電壓互感器內(nèi)部發(fā)生的鐵磁諧振。過壓保護元件在二次短路或開斷時限制補償電抗器兩端過電壓，同時對鐵磁諧振起抑制作用。

2 330 kV電容式電壓互感器噴油故障分析

2.1 基本情況

2.2 故障及診斷

2021年1月12日11時，運行人員發(fā)現(xiàn)某變電站330kV線路電壓互感器B相上節(jié)電容頂部有噴油跡象，電壓互感器底部地面有大量噴灑狀油漬，巡視檢查A相、B相、C相電磁單元油位均為1/3，后臺及裝置無異常信號發(fā)出，三相線路電壓正常。現(xiàn)場上節(jié)外觀狀況及地面油漬如圖2所示。

圖2 上節(jié)電容外觀及地面油漬

檢修人員到現(xiàn)場，對該線路CVT進行外觀和一二次接線進行檢查，發(fā)現(xiàn)外觀良好，油位正常，紅外測溫?zé)o異常，三相PT一次接線及一次接地均正確且可靠牢固。三相PT二次回路接線正確，電壓空開正常，無損壞現(xiàn)象。二次接線無松動現(xiàn)象，二次接地符合反措及相關(guān)規(guī)程要求。下午16時對其進行停電檢查試驗，試驗數(shù)據(jù)如表1、2所列。表1中儀器型號為L4305絕緣電阻測試儀試驗環(huán)境溫度為-2 ℃，相對濕度為32%。電表中數(shù)據(jù)可知試驗結(jié)論為合格。表2中儀器型號為L8803介損儀。由表中數(shù)據(jù)可知試驗結(jié)論為合格。

表2 結(jié)路CVT電氣試驗數(shù)據(jù)(2)

隨后下午17時電科院人員到達現(xiàn)場，再次試驗檢測，產(chǎn)品編號142971(B相)，試驗數(shù)據(jù)如表3所列。

表3 線路CVT電氣試驗數(shù)據(jù)(3)

從表1、2可以看出，根據(jù)Q/GDW 1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中電容式電壓互感器例行試驗要求：tgδ%≤0.25%(膜紙絕緣)。該電壓互感器停電試驗，絕緣電阻和介質(zhì)損耗、電容量數(shù)據(jù)，A、B、C三相均合格。

表1 線路CVT電氣試驗數(shù)據(jù)(1)

表3對比試驗數(shù)據(jù)可以看出，此臺產(chǎn)品B相2020年4月5日和2021年1月12日兩個時期的電容、介損數(shù)值未發(fā)生明顯變化，分壓器內(nèi)部元件沒有擊穿。

通過試驗數(shù)據(jù)分析，該CVT各項數(shù)據(jù)合格，外部觀察無明顯噴油點。需進一步解體檢查。

2.3 電容式電壓互感器的解體檢查

2021年01月20日，在蘭州檢修基地對B相CVT進行解體檢查，檢查情況如下。

2.3.1 外觀情況

設(shè)備解體前，對產(chǎn)品外觀、瓷套狀態(tài)進行了全面檢查，上節(jié)分壓器瓷套表面有大量油跡，且已經(jīng)腐蝕表面的PRTV 膠，如圖3 所示。

圖3 上節(jié)瓷套外觀 圖4 過渡蓋外觀

2.3.2 過渡蓋檢查

取下分壓器頂部的過渡蓋，發(fā)現(xiàn)下表面有銹蝕，金屬膨脹器出氣槽尾部通孔周邊有油跡，其余部位無明顯油跡，如圖4 所示。

2.3.3 上蓋檢查

分壓器上蓋外表面金屬膨脹器出氣口周圍及出氣槽尾部有油跡，其余位置無明顯油跡。上蓋外表面與過渡蓋下表面的油跡位置基本對應(yīng)。取下分壓器上蓋，發(fā)現(xiàn)下蓋內(nèi)表面聯(lián)接片螺栓固定位置有明顯的電弧燒傷的黑色痕跡。芯子聯(lián)接片已經(jīng)從螺栓固定位置脫開。上蓋內(nèi)外表面如圖5所示。

圖5 上蓋內(nèi)外表面

2.3.4 芯子檢查

芯子高壓聯(lián)接片脫落位置見圖 6，高壓聯(lián)接片(圖 7)開孔有撕扯痕跡及被電弧燒熔破口，外表面被電弧燒傷殘缺；分壓器下蓋低壓聯(lián)接片(與高壓聯(lián)接片在同一側(cè)平面)周圍(圖 8)和芯子頂部布滿油和金屬黑色碳化物。

圖6 芯子連接片脫落 圖7 連接片開孔

圖8 芯子頂部及黑色碳化物

2.3.5 金屬膨脹器檢查

金屬膨脹器與聯(lián)接片對應(yīng)位置有放電產(chǎn)生的坑洞，且金屬膨脹器已經(jīng)擊穿金屬；膨脹器外表面被電弧燒傷成黑色，如圖9所示。金屬膨脹器內(nèi)部充液體，把液體倒出觀察，發(fā)現(xiàn)液體為油水混合物，顏色為黑褐色，有油水分層現(xiàn)象。 如圖10所示。

圖9 膨脹器表面坑洞 圖10 膨脹器內(nèi)部液體

2.4 故障原因分析

(1) 直接原因：當(dāng)聯(lián)接片固定位置松動，接觸不良時會造成間歇放電和接觸電阻增大發(fā)熱，聯(lián)接線掉落位置開孔破裂黑色碳化物，在熱能和電蝕的共同作用下，聯(lián)接片開口會破裂，嚴(yán)重時最后脫落。

(2) 間歇放電過程分析：正常連接可靠時，金屬膨脹器、蓋、過渡蓋、聯(lián)接片均等電位，電壓按電容分布；在接觸不良的瞬間，金屬膨脹器、蓋、過渡蓋處于高電位，芯子聯(lián)接片處于零電位，從而產(chǎn)生高能放電，放電范圍最先涉及到聯(lián)接片與金屬膨脹器最近位置。

(3) 金屬膨脹器擊穿可能原因分析：由于 CVT 帶電運行，芯子聯(lián)接片與金屬膨脹器之間會持續(xù)間斷放電，在熱能和電蝕的共同作用下，嚴(yán)重情況下可能會導(dǎo)致金屬膨脹器擊穿，較輕情況下可能會在金屬膨脹器表面形成坑洞。

(4) 噴油過程分析：當(dāng)金屬膨脹器被擊穿后，膨脹器內(nèi)部的水可能會從洞口進入，在強大熱能的作用下，分壓器內(nèi)部壓力增大，油會沿洞口進入到膨脹器內(nèi)部，當(dāng)膨脹器內(nèi)部油水混合物充滿膨脹器時，絕緣油便可能會從膨脹器出氣口及出氣槽噴出，從而在分壓器上端形成噴油現(xiàn)象。

(5) 芯子聯(lián)接片松動原因分析：如果運輸過程中產(chǎn)品臥放，芯子聯(lián)接片可能受擠壓拉扯力會受損而松動，當(dāng)松動發(fā)生后就會導(dǎo)致間歇放電、金屬膨脹器擊穿、分壓器噴油的過程結(jié)果發(fā)生。

(6) 金屬膨脹器內(nèi)部有水可能原因分析：分壓器在清洗工序時，極有可能是忘帶密封帽的原因。

CVT的生產(chǎn)工序當(dāng)中，分壓器真空處理出罐后及油漆前有清洗工序，該工序工藝文件明確要求：由于分壓器未裝配過渡蓋，且清洗水流會從上、下、左、右、前、后 6 個面立體噴射分壓器，為避免水進入金屬膨脹器，在清洗前必須帶上密封帽，如果在操作時忘帶密封帽，水就會進入金屬膨脹器內(nèi)部。分壓器清洗工序如圖11。

圖11 電容分壓器清洗、膨脹器出氣孔密封

2.5 改進措施

此次產(chǎn)品分壓器的芯子與上蓋之間聯(lián)接線松動脫落具有偶發(fā)性，但也需要引起高度的重視，采取有力的措施，防止發(fā)生類似和其他的異常情況，確保設(shè)備安全可靠的運行。

(1) 所有廠內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)工序進行檢查，特別加強 CVT 產(chǎn)品的裝配、清洗工序檢查。

(2) 加強對操作者的技能培訓(xùn)，提高操作水平和質(zhì)量意識，嚴(yán)格按照工藝要求進行裝配，以此為例，進行專題講解與培訓(xùn)。

(3) 嚴(yán)格進行“三按”生產(chǎn)，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，確保產(chǎn)品生產(chǎn)過程和零部件質(zhì)量符合質(zhì)量要求。

(4) 運輸外包裝上，均標(biāo)有立放標(biāo)識，并在包裝箱上標(biāo)識“嚴(yán)禁臥放”的警示標(biāo)識。

(5) 變電站人員加強巡視檢測，做好預(yù)防性試驗，定期開展精準(zhǔn)紅外測溫，及時發(fā)現(xiàn)溫度變化，以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采取適當(dāng)措施。

2.6 預(yù)防措施

現(xiàn)場預(yù)防措施見表4所列。

表4 預(yù)防措施

3 結(jié) 語

以上電容式電壓互感器噴油故障案例的分析，從故障發(fā)生的原因、防范措施、現(xiàn)場巡視注意事項做了全面闡述。在目前的電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展過程中，電能質(zhì)量的安全、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定對變電站管理單位提出了更高的要求。為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，應(yīng)在大負(fù)荷、極端天氣等情況下加強巡視，充分利用紅外精準(zhǔn)測溫，及時發(fā)現(xiàn)并消除此類隱患，避免造成電網(wǎng)安全事件。