一起35kV電容式電壓互感器電磁單元異常發(fā)熱的故障檢查分析

房政

廣東電網(wǎng)公司梅州供電局 廣東梅州 514000

摘要：對(duì)一起35kV電容式電壓互感器（CVT）電磁單元異常發(fā)熱故障的想象，詳細(xì)分析了CVT的工作原理，同時(shí)通過(guò)對(duì)其分壓電容器的電容量和介損試驗(yàn)、電磁單元的油色譜分析、電磁單元阻尼器的伏安特性試驗(yàn)，確定諧振阻尼器出現(xiàn)故障，并對(duì)設(shè)備吊心檢查進(jìn)一步確認(rèn)諧振阻尼電容器擊穿，并聯(lián)諧振狀態(tài)破壞而導(dǎo)致阻尼電阻長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷引起發(fā)熱。并提出CVT常見電磁單元發(fā)熱原因和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；諧振阻尼器；電磁單元；發(fā)熱故障；紅外測(cè)溫

0前言

電容式電壓互感器（CVT）是用來(lái)將高電壓按比例關(guān)系變換成標(biāo)準(zhǔn)二次電壓，供保護(hù)、計(jì)量、儀表裝置使用的電氣設(shè)備。如果電壓互感器存在故障，不但無(wú)法起到測(cè)量、保護(hù)作用，還可能會(huì)影響其他設(shè)備的運(yùn)行，引發(fā)事故。因此，電壓互感器能否可靠運(yùn)行，是關(guān)系到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要因素。按照結(jié)構(gòu)原理分為油浸電壓互感器、串級(jí)式電壓互感器、SF6氣體絕緣電壓互感器和電容式電壓互感器（CVT） ，CVT由于有不會(huì)和外部元件（ 開關(guān)斷口電容） 形成鐵磁諧振、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、耐絕緣沖擊強(qiáng)度高、絕緣裕度大等優(yōu)點(diǎn)[1]， 已廣泛應(yīng)用于35kV及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)。

對(duì)運(yùn)行中的電容式電壓互感器進(jìn)行精確紅外診斷具有不停電、不取樣、不接觸、直觀、準(zhǔn)確、靈敏度高及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地判斷設(shè)備內(nèi)部故障，對(duì)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行和提高設(shè)備運(yùn)行可靠率有重要作用[2]。本文結(jié)合一起35kV電容式電壓互感器經(jīng)紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)電磁單元部位發(fā)熱問(wèn)題。

1 故障現(xiàn)象及初步分析

2014年6月，在巡檢人員對(duì)110kV東石變電站進(jìn)行一次設(shè)備紅外測(cè)溫時(shí)，發(fā)現(xiàn)35kV#1母線31PT C相的電磁單元過(guò)熱現(xiàn)象，C相最高溫度55.1°C，A相最高溫度47°C、B相最高溫度46°C，環(huán)境溫度33.0°C，濕度：70%，詳見圖1。該CVT型號(hào)為：：TYD35√3-0.02FH。

C相最高溫度：55.1°C

圖1 35kV CVT電磁單元發(fā)熱紅外圖譜

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該35kV CVT外觀及油位進(jìn)行檢查，均為正常。對(duì)CVT二次電壓檢查，初C相二次電壓輕微增大外，無(wú)其他異常。

為確定分壓電容器的電容值和介損是否滿足規(guī)程要求，對(duì)CVT進(jìn)行停電試驗(yàn)，結(jié)果見表1。從結(jié)果可以看出，分壓電容Cl電容量的測(cè)量值與出廠值之間的誤差為-0.014%，分壓電容C2電容量的測(cè)量值與出廠值之間的誤差為-0.002，滿足規(guī)程要求（規(guī)程要求電容量誤差一5%一10%）；介損為0.051%，滿足規(guī)程的小于0.4%要求[3]。因此，分壓電容Cl和C2無(wú)故障。

同時(shí)，對(duì)電磁單元進(jìn)行油色譜分析，結(jié)果見表1。

色譜分析結(jié)果表明，總烴含量超標(biāo)，但乙炔含量較低（<1 μL/L），說(shuō)明電磁單元發(fā)熱并無(wú)放電。

根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理，初步分析CVT電磁單元發(fā)熱的原因主要是持續(xù)的中壓變壓器一次電流或二次電流遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)電流值所致，所以電磁單元發(fā)熱主要有兩個(gè)原因：

（1）諧振型阻尼器出現(xiàn)故障

當(dāng)諧振電容器C0、諧振電抗器L0值變化時(shí)將導(dǎo)致并聯(lián)諧振狀態(tài)破壞，流過(guò)阻尼電阻R0的電流增大，中間變壓器一次電流增大，繞組和阻尼電阻R0發(fā)熱，油溫增高。

（2）電磁單元內(nèi)部進(jìn)水受潮。

電磁單元內(nèi)部進(jìn)水受潮后，隨著油中水分含量的增大，繞組中紙質(zhì)絕緣水分含量越來(lái)越大，造成繞組漏電流增大，絕緣降低，繞組匝間易于擊穿。匝間擊穿造成一次繞組匝數(shù)減少，一次電流不斷增大，油溫增高。

為進(jìn)一步查明原因，首先對(duì)CVT的電磁單元進(jìn)行油中水分含量測(cè)定時(shí)，確定電磁單元的油中水分含量不大于規(guī)程規(guī)定的35mg/L，排除電磁單元內(nèi)部進(jìn)水受潮的可能。

其次對(duì)CVT的電磁單元阻尼器進(jìn)行伏安特性測(cè)試，其伏安特性曲線見圖2：

圖2 阻尼器伏安特性曲線圖

結(jié)果說(shuō)明CVT的阻尼器無(wú)法正常工作，存在缺陷，正常工作狀態(tài)下其工作電流不超過(guò)1A，可判斷為阻尼器存在過(guò)流導(dǎo)致油箱發(fā)熱現(xiàn)象。

2 CVT電磁單元吊心檢查及原因分析

根據(jù)判斷分析，對(duì)CVT電磁單元吊心檢查，同時(shí)對(duì)諧振電容器進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)電容值為零，說(shuō)明諧振電容器已經(jīng)擊穿，詳見圖3。

圖3 吊心檢查與擊穿的諧振電容器

根據(jù)該CVT的電氣原理如圖4所示：

圖4 35kV CVT電氣原理圖

CVT由電容分壓器C1、C2、電磁單元（ 包括中間變壓器、補(bǔ)償電抗器和阻尼器等） 以及接線端子盒組成。

電容分壓器包括主電容C l 和分壓電容C2，系統(tǒng)電壓經(jīng)分壓后從C2上抽出送至中間變壓器，再將電壓降至100V和100/二次繞組√3二次繞組輸出給保護(hù)和計(jì)量使用。為了減少接入負(fù)荷時(shí)在電源內(nèi)阻抗和中間變壓器漏抗中產(chǎn)生壓降而形成電壓誤差，通常在中間變壓器一次側(cè)串聯(lián)一補(bǔ)償電抗L，其電抗值為，引入補(bǔ)償電抗器后，能有效地減少互感器的誤差。

圖5 諧振阻尼器原理圖

同時(shí)由于CVT的電容分壓器、補(bǔ)償電抗器和中間變壓器，構(gòu)成電容和非線性電抗的串聯(lián)回路，在一定條件下電路處于串聯(lián)諧振或接近串聯(lián)諧振狀況。在諧振條件下，回路中的電流和在中間變壓器T的電壓都將異常增大，將使電壓互感器嚴(yán)重受損甚至燒毀。

為有效消除諧振[5]，最有效的方法就是在互感器二次剩余繞組并聯(lián)接入阻尼器，其原理見圖5：

由諧振電容器C、諧振電抗器L并聯(lián)諧振回路串接阻尼電阻R組成，并聯(lián)接在剩余電壓繞組上。諧振電容器和諧振電抗器在工頻下處于并聯(lián)調(diào)諧狀態(tài)，在正常狀態(tài)下阻抗較高，阻尼電流較小，一般不超過(guò)800mA，功耗較小。當(dāng)