電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱故障分析

黃海飛，許家響，王 靜，范小輝，朱旻哲

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司蘇州供電分公司，江蘇 蘇州 215000)

0 引言

電壓互感器的主要功能是將較高的一次電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷阂怨┍Ｗo(hù)、計量以及自動裝置等使用,是變電站內(nèi)的重要設(shè)備。

電壓互感器在結(jié)構(gòu)上主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器。與電磁式電壓互感器相比,電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer,CVT)因具有結(jié)構(gòu)合理、電場強(qiáng)度裕度大、不易形成鐵磁諧振等優(yōu)點(diǎn),在110 kV及以上的電網(wǎng)中得到了大量應(yīng)用。但由于在設(shè)計制造、工藝材料、運(yùn)行環(huán)境等方面的原因,隨著運(yùn)行時間的增加,近年來,電容式電壓互感器的故障率一直居高不下。

以蘇州某變電站電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱故障為例,分析故障原因并提出預(yù)防措施,為這類CVT缺陷的處理與預(yù)防提供了經(jīng)驗,同時對提高CVT運(yùn)行可靠性和保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到了重要作用。

1 故障描述

2020年6 月,蘇州某220 kV變電站運(yùn)維班運(yùn)行人員在紅外測溫巡檢中發(fā)現(xiàn)1107正母電壓互感器C相電磁單元存在發(fā)熱現(xiàn)象,C相電磁單元最高溫度為27.1 ℃,A相電磁單元最高溫度為24.0 ℃,B相電磁單元最高溫度為24.3 ℃,C相較A、B兩相電磁單元的溫度高約3 ℃左右,電容單元溫度無異常。

該1107正母CVT的型號為TYD4110/3-0.02H,銘牌電容量為0.020288 μF,額定電壓為/0.1 kV,出廠日期為2011年3月,投運(yùn)日期為2012年11月。

專業(yè)人員現(xiàn)場對1107正母CVT的外觀進(jìn)行了檢查,發(fā)現(xiàn)三相電磁單元的油位基本一致,絕緣油無滲漏現(xiàn)象；三相套管無明顯放電痕跡,一次接線正常；1107正母避雷器在線監(jiān)測表電流基本一致,計數(shù)器動作次數(shù)與上次試驗數(shù)據(jù)一致,未發(fā)生改變；在變電站控制室內(nèi)發(fā)現(xiàn)三相監(jiān)測電壓基本一致,測量相關(guān)二次回路的節(jié)點(diǎn)電壓值,也未發(fā)現(xiàn)異常?；谏鲜銮闆r,專業(yè)人員分析此次發(fā)熱故障的時間不長,但如若不及時處理可能導(dǎo)致CVT內(nèi)部絕緣擊穿,嚴(yán)重時可能發(fā)生油箱燒毀等事故,因此申請對1107正母CVT進(jìn)行停電更換處理。

2 故障分析

2.1 電容式電壓互感器的基本結(jié)構(gòu)

電容式電壓互感器為單相單柱式結(jié)構(gòu),由電容單元和電磁單元兩部分組成,如圖1所示。其中,電容單元由高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián)組成,電磁單元由中間變壓器T、補(bǔ)償電抗器L、補(bǔ)償電抗器低壓端E、電容分壓器低壓端N、抑制鐵磁諧振的阻尼器ZD、避雷器BL等部分組成,電磁單元從中壓電容C2獲取中間電壓U2,再由中間變壓器轉(zhuǎn)換為測量和保護(hù)用的二次電壓。

圖1 110 kV電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理

當(dāng)高壓側(cè)運(yùn)行相電壓為U1時,中間變壓器一次側(cè)電壓U2為：

2.2 診斷性試驗

停電狀態(tài)下,對1107正母C相CVT進(jìn)行了診斷性試驗,試驗項目包括絕緣電阻試驗、電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)試驗,試驗結(jié)果見表1。

表1 試驗數(shù)據(jù)

C相CVT總的電容量(高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián))為20096.0 pF,與銘牌電容量20288 pF的誤差為-0.95 %。根據(jù)Q/GDW 1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》,表1中的試驗數(shù)據(jù)均滿足規(guī)程要求,未發(fā)現(xiàn)異常。由于此臺CVT電磁單元部分存在溫度過高現(xiàn)象,為進(jìn)一步分析原因,對電磁單元絕緣油的油樣進(jìn)行測試分析,測試結(jié)果見表2。

表2 絕緣油色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

根據(jù)表2中特征氣體組分和含量判斷,絕緣油中H2,C2H2和總烴含量超標(biāo),表明電磁單元內(nèi)部發(fā)生過高能量放電現(xiàn)象。根據(jù)三比值法判斷,編碼組合為200,可能為電弧放電。

3 故障設(shè)備解體檢查

為進(jìn)一步驗證試驗結(jié)論,公司組織相關(guān)專家和技術(shù)人員對1107正母C相CVT進(jìn)行了解體檢查。在將電容單元吊起之后,發(fā)現(xiàn)電磁單元中間變壓器與電容單元之間的連接線過長,發(fā)生與中壓小套管接觸的情況,中壓小套管表面有明顯的放電痕跡,與中壓小套管接觸處的連接線外層絕緣皮已經(jīng)燒毀,但連接線尚未斷裂。在吊起電容單元的同時,電磁單元油箱中沖出刺鼻和刺眼的氣體,打開電磁單元油箱箱蓋,發(fā)現(xiàn)絕緣油顏色黯淡無光,略顯渾濁,并伴有少許黑色碳化顆粒。抽出電磁單元中的絕緣油之后,觀察中間變壓器,除一次引線外,其鐵芯表面及二次引線等部位并無異常。

根據(jù)解體情況進(jìn)行分析,由于電磁單元中間變壓器與電容單元之間的連接線過長,在進(jìn)行安裝時其本身已經(jīng)發(fā)生了彎折現(xiàn)象,導(dǎo)致連接線外層絕緣皮受損,其絕緣能力已經(jīng)受到一定程度的破壞。安裝后,過長的連接線與中壓小套管發(fā)生接觸,經(jīng)過長時間的運(yùn)行,在電場和磁場的綜合作用下,連接線外層絕緣皮的絕緣情況進(jìn)一步惡化,當(dāng)其絕緣程度無法承受連接線與中壓小套管接地法蘭之間的電位差時,便發(fā)生了放電現(xiàn)象。放電進(jìn)一步導(dǎo)致其絕緣皮劣化,以致發(fā)生燒毀現(xiàn)象。同時,放電導(dǎo)致油箱內(nèi)絕緣油劣變,產(chǎn)生熱量以及特征氣體,熱量傳遞至油箱表面,運(yùn)行人員通過紅外檢測儀器觀測到電磁單元存在發(fā)熱異?，F(xiàn)象,這與絕緣油色譜分析的結(jié)果基本吻合。

4 預(yù)防措施及建議

基于上述對CVT油箱異常發(fā)熱現(xiàn)象的分析與處理,為確保CVT設(shè)備的安全可靠運(yùn)行,提出以下幾點(diǎn)建議。

(1) 加強(qiáng)該類設(shè)備的巡視工作,重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備是否存在異常振動、異常響聲或異味、有無滲漏油等現(xiàn)象；按照規(guī)程要求定期開展紅外測溫工作,觀測其是否存在異常發(fā)熱現(xiàn)象。

(2) 建議設(shè)備制造廠家改進(jìn)和完善制造工藝,采用性能更好的原材料,以有效加強(qiáng)電磁單元中電氣連接部分的絕緣強(qiáng)度,使電氣連接線對油箱壁及其他元器件之間保持足夠的安全距離；加強(qiáng)設(shè)備制造過程中的監(jiān)造工作,嚴(yán)格進(jìn)行出廠驗收工作,確保出廠時的設(shè)備狀態(tài)完好。

(3) 設(shè)備投運(yùn)前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的驗收工作,認(rèn)真進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)地查看,并詳細(xì)驗收出廠試驗報告、設(shè)計圖紙、安裝記錄、交接試驗報告、監(jiān)理報告等技術(shù)資料,確保設(shè)備的狀態(tài)良好。

(4) 在周期性停電工作中,試驗專業(yè)人員應(yīng)認(rèn)真做好例行試驗,將試驗數(shù)據(jù)與歷史試驗數(shù)據(jù)、出廠試驗數(shù)據(jù)和規(guī)程要求進(jìn)行比較,綜合分析,準(zhǔn)確判斷設(shè)備的狀態(tài)。