500 kV電容式電壓互感器電磁單元過熱故障分析

李佳偉，吳 聰，吳聰聰，王 楓

(國網湖北省電力有限公司檢修公司,湖北 武漢 430050)

0 引言

近年來，電容式電壓互感器由于絕緣結構合理，絕緣強度較高，在110 kV及以上電壓等級中得到廣泛應用。但是由于電容式電壓互感器電磁單元體積相對較小、絕緣距離較小，同時由于電磁單元內部電壓較高，導致電容式電壓互感器的電磁單元容易發生故障[1]。本文以華中地區某±500 kV換流站電容式電壓互感器電磁單元過熱故障為案例，利用紅外測溫、故障錄波、油化試驗和解體檢修相結合的方法來對該電容式電壓互感器電磁單元過熱的原因進行分析。

1 電容式電壓互感器原理

電容式電壓互感器由電容分壓器和電磁裝置兩部分疊裝組成，電磁裝置安裝于油箱中，由中壓變壓器、補償電抗器、阻尼電抗器等器件組成，主要作用是將中壓電壓轉變為測量及保護用低壓電壓[2-3]。圖1為500 kV電容式電壓互感器的電氣原理圖。在運行中，首先通過電容分壓器將運行電壓變為A1點電壓UA1（一般為13 kV），然后通過中壓變壓器輸出所需要的二次電壓[4]，由電容分壓原理[5]可知：，U1N為系統運行電壓。

圖1 中，C1—高壓電容；C2—中壓電容；U1N—額定一次電壓；A1N—中間電壓端子（用戶需要時引出）；T—中間電壓變壓器；L—補償電抗器；P—保護裝置；1a1n—主二次1號繞組端子；2a2n—主二次2號繞組端子；dadn—剩余電壓繞組端子；XL—補償電抗器低壓端；N—載波通信端子；D—阻尼裝置；J—帶有避雷器的結合濾波器。

圖1 500 kV電容式電壓互感器原理圖Fig.1 500 kV capacitive voltage transformer schematic

2 故障現象

2017年8月23日17：38，某±500 kV換流站龍斗Ⅱ線兩套線路保護異常告警，該站安控裝置異常告警，龍斗Ⅱ線C相電壓互感器故障告警。監控顯示，龍斗Ⅱ線C相電壓為65 kV，A、B相電壓為。現場檢查安控及保護裝置，發現兩套安控裝置顯示“龍斗Ⅱ線零序電壓異常告警”，電壓互感器斷線燈亮；龍斗Ⅱ線分相電流差動保護1、2顯示“電壓互感器斷線告警”遠，電壓互感器斷線燈亮。龍斗Ⅱ線電壓互感器外觀未見異常，端子箱內無異常，電壓互感器二次回路小開關合上正常。

現場紅外測溫發現C相電壓互感器底部電磁單元溫度為50℃，A、B相電磁單元溫度為37℃，跟蹤監測發現C相電磁單元溫度持續上漲，1 h后升至76.5℃。后續跟蹤發現電磁單元溫度還在繼續升高，缺陷仍在發展。

為防止故障進一步擴大，將龍斗Ⅱ線轉檢修后進行現場檢查，發現龍斗Ⅱ線電壓互感器C相外觀無滲漏油，油位觀察窗顯示油位正常，無滲漏油，本體二次接線盒內無進水、受潮，電磁單元本體觸摸溫度較高。

3 故障分析

為了對這次電壓互感器故障進行分析，現場通過分析保護動作情況及故障錄波、常規試驗和油化試驗以及進行解體檢修等方法，綜合分析此次故障產生的原因。

圖2 龍斗Ⅱ線電壓互感器C相電磁單元紅外測溫圖Fig 2 Long DouⅡvoltage transformer C-phase electromagnetic unit infrared temperature chart

3.1 保護動作情況及故障錄波

龍斗Ⅱ線第一套主保護為分相電流差動保護RCS931GM和遠方跳閘及過電壓RCS925G，第二套主保護采用分相電流差動保護CSC-103B和遠方跳閘及過電壓保護CSC-125A。兩套保護均出現“電壓互感器斷線告警”，加之C相互感器電壓較低，認為龍斗Ⅱ線C相電壓互感器有內部缺陷，輸出電壓異常，保護裝置測量電壓小于定值，保護裝置報警正確。圖3故障錄波顯示龍斗Ⅱ線電壓互感器C相出現測量電壓異常，A、B相電壓正常，三相電流正常，線路運行正常。綜上分析，認為C相電壓互感器存在嚴重的內部缺陷。

圖3 故障錄波Fig 3 Fault recorder

3.2 常規試驗及油化試驗

對龍斗Ⅱ線C相電壓互感器進行常規試驗發現，該電壓互感器共有4節，上部3節試驗正常，底部帶電磁單元二次繞組電阻絕緣測量不合格。對龍斗Ⅱ線三相電壓互感器底部電磁單元進行油樣試驗分析發現，C相各項檢測數據均超過注意值，乙炔為 661.6 μL/L，總烴為 5 635.3 μL/L，水分為 520.4 μl/L，表明該電壓互感器內部受潮，電磁單元發生內部放電。A、B兩相電壓互感器電磁單元油樣乙炔為0，水分分別為39、35 μL/L，內部沒有放電。

3.3 解體檢修

通過解體檢修發現電磁單元中間變壓器鐵芯表面、油箱頂蓋有明顯的水珠。中間變壓器高壓繞組匝間短路，有明顯放電點，高壓繞組層間絕緣紙明顯碳化。檢查電磁單元油箱頂部法蘭面，發現法蘭與油箱連接的密封圈有明顯的擠壓痕跡，密封圈表面有鐵銹痕跡，臨近的螺紋孔銹蝕嚴重，表明該處密封失效，潮氣從此處滲入電磁單元油箱內。

3.4 故障原因分析與判斷

通過以上保護動作情況，及故障錄波的分析由常規試驗、油化試驗和解體檢修的結果可初步判斷出：本次電壓互感器故障是由于潮氣進入電磁單元油箱后，造成絕緣油絕緣性能下降，中間變壓器高壓線圈出現匝間短路[6]，導致電壓互感器二次輸出電壓異常，油箱溫度急劇上升，與現場檢查情況一致。造成電磁單元油箱受潮的原因，則是由于電磁單元頂部法蘭密封圈失效。

進一步分析認為，故障電壓互感器的電磁單元頂部法蘭密封圈失效，是由于廠內安裝時存在偏差，密封圈安裝未完全對稱，存在局部擠壓變形，長期運行后因密封圈逐漸老化，密封性能逐漸失效，引起受潮。

4 結語

本文針對電容式電壓互感器故障真實案例，通過紅外測溫、故障錄波、油化試驗和解體檢修等方法，對故障的原因進行了深入分析，通過上文分析得出以下結論：

（1）對電容式電壓互感器，由于電磁單元體積較小、絕緣距離較小，且內部電壓較高，必須高度重視其防潮問題，防止因受潮而導致絕緣油絕緣能力下降；

（2）在日常運行中，對電容式電壓互感器，應加強巡視檢查及電磁單元紅外精準測溫工作；

（3）建議在停電檢修期間，對電容式電壓互感器上存在銹蝕的螺栓連接部位進行檢查并及時更換。此外，還應對電容式電壓互感器進行例行試驗和相關診斷性試驗，以便全面掌握設備運行狀況。

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[1]姜炯挺,劉鵬,夏巧群,等.對一起電容式電壓互感器過熱故障的綜合診斷[J].供用電,2012,29(06)：63-66.JIANG Jiongting,LIU Peng,XIA Qiaoqun,et al.Comprehensive diagnosing of an overheat fault of capacitive voltage transformer(CVT)[J].Distribution&Utilization,2012,29(06)：63-66.

[2]洪啟剛.220 kV電容式電壓互感器故障分析[J].湖北電力,2008,32(1)：11-12.HONG Qigang.Fault analysis of 220 kV CVT[J].Hubei Electric Power,2008,32(1)：11-12.

[3]陳文大,曹小龍,曹小虎,等.兩起電容式電壓互感器故障的分析處理[J].電力電容器與無功補償,2011,32(05)：68-72.CHEN Wenda,CAO Xiaolong,CAO Xiaohu,et al.Failureanalysisand treatmenton twocapacitor voltage transformers[J].Power Capacitor&Reative Power Compensation,2011,32(05)：68-72.

[4]崔吉峰.高壓直流輸電崗位培訓教材[M].北京：中國電力出版社,2009.CUI Jifeng.HVDC job training materials[M].Beijing：China Electric Power Press,2009.

[5]梁靜,吳冬文.35 kV電容式電壓互感器電磁單元發熱故障分析[J].江西電力,2013,37(02)：65-68.LIANG Jing,WU Dongwen.Analysis of 35 kV capacitor voltage transformer electromagnetic unit heating fault[J].Jiangxi Electric Power,2013,37(02)：65-68.

[6]楊天宇,王金根.電容式電壓互感器的故障原因分析及預防[J]. 電力學報,2008,(04)：336-338.YANG Tianyu,WANG Jingen.Analysis about the causes of CVT breakdown and its precaution countermeasures[J].Journal of Electric Power,,2008,(04)：336-338.