兩例500 kV CVT異常分析及日常運(yùn)行監(jiān)視探討

(國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司自貢運(yùn)維分部，四川 自貢 643010)

0 引 言

相比傳統(tǒng)電磁式電壓互感器(TV)，電容式電壓互感器(CVT)由于結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低等特點(diǎn)廣泛運(yùn)用于110kV及以上電網(wǎng)系統(tǒng)。但是CVT的設(shè)計(jì)受制造水平、工藝水平、原材料以及運(yùn)行條件等多種因素的限制，使其在運(yùn)行過程中易發(fā)生電容元件擊穿等故障。CVT故障的發(fā)生不僅會(huì)影響測(cè)量計(jì)量準(zhǔn)確度，嚴(yán)重時(shí)甚至可能導(dǎo)致貫穿性擊穿造成爆炸、起火等惡性事故[1-3]。為防止上述事故的發(fā)生，在深入分析兩例500 kV CVT異常的基礎(chǔ)上，對(duì)500 kV CVT日常運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行探討。

1 CVT工作原理

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器和電磁單元兩部分組成，其設(shè)計(jì)和相互連接使電磁單元的二次電壓實(shí)質(zhì)上正比與一次電壓，且相位差在連接方向正確時(shí)接近于零[4]。其電氣原理圖如圖1所示。

圖1 500 kV CVT電氣原理圖

圖中，C1由C11、C12、C13組成電容分壓器的高壓電容器，C2為電容分壓器的中壓電容器； 500 kV CVT共有3節(jié)瓷套，C11在上節(jié)瓷套中；C12在中節(jié)瓷套中；C13和C2在下節(jié)瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起；T為中間變壓器，P為保護(hù)裝置，L為補(bǔ)償電抗器；Z為阻尼裝置。1a-1n，2a-2n，3a-3n為二次繞組作為保護(hù)、計(jì)量以及測(cè)量用，da-dn為剩余繞組。

由電容器分壓原理可知

(1)

式中，U2為電容分壓器的中壓電容器的電壓；UP為

表1 500 kV甲線CVT A相現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：⊿C為電容量初值變化

表2 500 kV乙線CVT C相現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

系統(tǒng)一次相電壓。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

2014年2月，對(duì)500 kV敘府變電站500 kV甲、乙線線路CVT進(jìn)行例行試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)500 kV甲線線路CVT A相上節(jié)、500 kV乙線線路CVT C相介損值及電容量與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比均有增長異常情況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1及表2所示，均超過CVT狀態(tài)檢修規(guī)程的注意值(介損tanδ%≤0.25，電容量初值變化不超過±2%)[5]。

3 故障分析

現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)由于C13與C2在下節(jié)瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起，因此測(cè)量的是C13與C2串聯(lián)總電容量。

根據(jù)電容串聯(lián)可知CVT總電容量C為

(2)

(3)

(4)

利用出廠值與現(xiàn)場試驗(yàn)值計(jì)算500 kV甲、乙線CVT總電容量見表3。

由CVT工作原理可知，當(dāng)CVT內(nèi)部擊穿電容量變化會(huì)引起一次或二次電壓的變化，因此500 kV甲線CVT A相電壓變化為

(5 083.82-4 952.67)/4 952.67=2.64%

500 kV乙線CVT C相電壓變化為

(5 053.25-4 954.84)/4 954.84=2.59%。

表3 500 kV甲、乙線CVT電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了判斷CVT內(nèi)部電容元件是否存在擊穿現(xiàn)象，查閱500 kV甲、乙線線路歷史電壓數(shù)據(jù)如下(見表4、表5)。

表4 500 kV甲線每月1日0點(diǎn)電壓

注：⊿U為相間電壓最大不平衡率。

表5 500 kV乙線每月1日0點(diǎn)電壓

注：2013年4月1日500 kV乙線停電，故無電壓數(shù)據(jù)。

相間電壓最大不平衡率為

(5)

截至2014年2月：500 kV甲線A相電壓最大不平衡率為2.60%，與計(jì)算的電壓變化2.64%基本一致；500 kV乙線C相電壓最大不平衡率為2.57%，與計(jì)算的電壓變化2.59%基本一致。初步判斷為CVT內(nèi)部C1電容單元擊穿導(dǎo)致一次電壓升高。

通過表4及表5分析發(fā)現(xiàn)500 kV甲線A相電壓、500 kV乙線C相電壓比其他兩相電壓偏高且電壓逐漸增高，同時(shí)相間電壓最大不平衡率呈現(xiàn)逐漸增大趨勢(shì)，與現(xiàn)場試驗(yàn)500 kV甲線線路CVT A相上節(jié)、500 kV乙線線路CVT C相介損及電容量與出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比均有異常增長情況一致；從而排除了試驗(yàn)干擾導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的可能，間接證明了CVT內(nèi)部電容元件擊穿的判斷是正確的。于是申請(qǐng)對(duì)故障CVT進(jìn)行更換，避免了因CVT內(nèi)部故障而可能引起事故的擴(kuò)大。

4 解體檢查

為了查明故障原因，返廠對(duì)故障CVT進(jìn)行解體檢查，解體前試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下(見表6、表7)。

將CVT分壓器解體，把芯子從套管中取出。對(duì)分壓器的元件逐一進(jìn)行2.15 kV 的直流耐壓檢查，檢測(cè)出甲線CVT A相(解體檢查)發(fā)現(xiàn)從上往下數(shù)第55、71、74、75、77、80、82 號(hào)元件擊穿，共7 只元件擊穿；乙線C相互感器上節(jié)分壓器從上往下數(shù)第36、48、50 只元件擊穿，共3 只元件擊穿。

根據(jù)現(xiàn)場解剖的情況可以判斷此次互感器故障的原因是：元件極板銅引出片邊緣毛刺清理不干凈，局部場強(qiáng)集中導(dǎo)致元件擊穿。由于元件極板銅引出片的制造采用沖壓的方式，銅引出片邊緣容易產(chǎn)生毛刺，銅引出片沖壓后必須對(duì)邊緣進(jìn)行清理，清理時(shí)若不注意，可能會(huì)使銅引出片的邊緣有極少的毛刺產(chǎn)生，局部場強(qiáng)集中，毛刺有可能會(huì)產(chǎn)生低能局部放電，在電場的長期作用下導(dǎo)致部分元件擊穿。由于是C1元件擊穿，C1電容量變大，C1阻抗變小，導(dǎo)致二次輸出電壓偏高。

表6 500 kV甲線CVT A相返廠數(shù)據(jù)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 500 kV乙線CVT C相返廠數(shù)據(jù)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 防范措施

500 kV CVT內(nèi)部故障以電容元件擊穿為主，由于內(nèi)部元件擊穿是一個(gè)逐步緩慢發(fā)展的過程，若早期出現(xiàn)的內(nèi)部元件擊穿故障未及時(shí)處理，將有可能導(dǎo)致CVT內(nèi)部元件逐漸擊穿導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)作、設(shè)備爆炸等事故。因此，為了及早發(fā)現(xiàn)CVT內(nèi)部缺陷，提出以下幾點(diǎn)建議。

1)110 kV(66 kV)～500 kV 互感器在出廠試驗(yàn)時(shí)，局部放電試驗(yàn)的測(cè)量時(shí)間延長到5 min[7]。

2)CVT例行試驗(yàn)時(shí)，不僅要關(guān)注CVT介損值，更要關(guān)注電容量的變化并結(jié)合歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)縱向、橫向比較綜合分析，即使電容量變化未超出規(guī)程規(guī)定值，但其變化已明顯大于其余幾節(jié)時(shí)，應(yīng)引起足夠注意[8]；對(duì)于電容量變化量接近或達(dá)到2%的CVT應(yīng)查閱其歷史電壓數(shù)據(jù)，以每月1日0點(diǎn)或15日0點(diǎn)相間電壓最大不平衡率進(jìn)行對(duì)比分析(參見表3與表4)。

3)應(yīng)及時(shí)處理或更換已確認(rèn)存在嚴(yán)重缺陷的電壓互感器；對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)上升或懷疑存在缺陷的電壓互感器，應(yīng)縮短試驗(yàn)周期，進(jìn)行跟蹤檢查和分析，以查明原因[9]。

4)隨著500 kV變電站無人值守的穩(wěn)步推進(jìn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視提出了更高的要求。由于CVT是全密封設(shè)備，除發(fā)生滲漏油、異常聲響等較易發(fā)現(xiàn)的故障外，內(nèi)部故障一般不易發(fā)現(xiàn)，由CVT工作原理可知其內(nèi)部故障可導(dǎo)致運(yùn)行中的CVT一次或二次電壓異常，實(shí)際運(yùn)行中可監(jiān)視CVT一次與二次電壓，可以較早的發(fā)現(xiàn)CVT的異常情況。

5)定期抄錄一次、二次電壓以及開口電壓3U0，以每月1日0點(diǎn)或15日0點(diǎn)為宜，計(jì)算其最大相間電壓不平衡率以便跟蹤分析。國家電網(wǎng)公司《110(66) kV～500 kV互感器運(yùn)行規(guī)范》中第二十一條明確了電容式電壓互感器二次電壓異常現(xiàn)象及引起的主要原因[10]。若監(jiān)測(cè)到三相相間電壓最大不平衡率超過2%，為排除CVT二次回路壓降或者故障導(dǎo)致二次電壓異常，應(yīng)立即通知二次繼電保護(hù)人員從CVT 端子箱直接測(cè)量二次電壓以便準(zhǔn)確測(cè)試CVT二次電壓值；若判斷確為CVT內(nèi)部元件擊穿，應(yīng)盡快申請(qǐng)停電對(duì)CVT進(jìn)行診斷性試驗(yàn)。

6 結(jié) 語

簡述了500 kV敘府變電站兩只CVT同時(shí)出現(xiàn)電容量及介損異常增加的現(xiàn)象，結(jié)合返廠試驗(yàn)及解體檢查情況分析得出：由于原材料或制造工藝致使CVT內(nèi)部電容元件在持續(xù)電壓作用下局部場強(qiáng)集中，最終導(dǎo)致電容元件擊穿；電容元件擊穿不僅導(dǎo)致電容量增加，同時(shí)也會(huì)引起介損異常變化。最后對(duì)CVT出廠試驗(yàn)、例行試驗(yàn)以及日常CVT日常運(yùn)維監(jiān)視進(jìn)行了探討。

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[2] 張霽. 電容式電壓互感器的特點(diǎn)及存在的問題[J].江蘇機(jī)電工程，2000，19(1)：35-36.

[3] 孫鵬舉.500 kV變電站電容式電壓互感器故障原因分析及經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)[J].電力設(shè)備，2008，9(10)：65-67.

[4] GB 4703—2007，電容式電壓互感器[S].

[5] 偉國家電網(wǎng)公司.輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程[S].

[6] 唐鐵英，徐建文.電容式電壓互感器潛伏性故障發(fā)現(xiàn)及原因分析[J].中國電力教育，2011(18)：130-131.

[7] 國家電網(wǎng)公司.十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施(修訂版)[S].

[8] 郭麗娟，徐宇軍.500 kV電容式電壓互感器介損超標(biāo)原因分析及處理[J].廣西電力，2009(10)：27-28.

[9] 國家電網(wǎng)公司.預(yù)防110(66)kV～500 kV互感器事故措施[S].

[10] 國家電網(wǎng)公司.110(66)～500 kV互感器運(yùn)行規(guī)范[S].