一起110kV母線CVT電壓異常的原因分析

作者/王瀟，國網(wǎng)山東省電力公司齊河縣供電公司

一起110kV母線CVT電壓異常的原因分析

作者/王瀟，國網(wǎng)山東省電力公司齊河縣供電公司

本文以一起110kV母線CVT電壓故障為工程實例，依照電子器件CVT的內(nèi)部構(gòu)造、工作性能及器件拆分明細(xì)等內(nèi)容，手動測定其介質(zhì)損耗及電容量變化值。將測定值與相關(guān)電氣工程規(guī)范值及備忘數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、總結(jié)，經(jīng)分析后得出如下結(jié)論，即：在電容核芯發(fā)現(xiàn)隱患，絕緣不良使其電壓出現(xiàn)紊亂，并針對具體故障制定了防治手段。

母線CVT ；電壓異常；電容測定；原因分析

引言

CVT是供電體系中用于輸變電的重要器件之一，該設(shè)備具備極強(qiáng)的信號轉(zhuǎn)送能力，可將電壓值實時傳輸?shù)焦╇妰x表、過載保護(hù)及其他智能化設(shè)備中。該設(shè)備具有絕緣性能優(yōu)良、構(gòu)造簡潔、可維護(hù)性強(qiáng)、可抗擊簡諧振動等諸多優(yōu)勢，彌補(bǔ)了電磁式互感器的缺陷。CVT的絕緣能力直接關(guān)系到整個供電系統(tǒng)的正常運行，其重要性不可小覷。

1. 器件構(gòu)造及原理

CVT構(gòu)造相對簡單，主要包括：C1,C2（分壓器）、L（電子阻抗器）、B（中途變壓器）及Z（阻尼式電子阻抗）等基本電子組件。其中分壓器由一個C1（高壓）及一個C2（中壓）構(gòu)成，兩個分壓器均由大約50枚電容單體組集而成，輸入電壓進(jìn)入CVT后，先途徑C1（高壓），進(jìn)而可在C2（中壓）中采集到一次介于10-20kV的電信號，通過分壓器后，可將高壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹袎盒盘柌⒃俅屋敵觥８鶕?jù)變壓器基本原理，可得中壓電壓計算公式，具體見下式1所示。

其中，CVT設(shè)備的基本構(gòu)造見下圖1所示。

圖1 CVT基本構(gòu)造圖

2． CVT電壓異常示例

2016年夏，由于氣溫炎熱，酷暑難耐，在我國南方某地，一220kV民用變電站的110kV母線CVT電壓異常，較正常值偏低。為了確保變電站安全，指揮室下令緊急斷電，并對CVY組件進(jìn)行全面排查，其中CVT型號為薄膜-紙復(fù)合式絕緣，出場時間為2014年。在具體的排查中發(fā)現(xiàn)，該型號分壓器的C1（高壓）及C2（中壓）間未見暴露引線，只能選用手動激勵法，手動測定C1（高壓）及C2（中壓）的介質(zhì)損耗和電容量差值[1]，具體測定數(shù)據(jù)詳見下表1所示。

表1 CVT測定參數(shù)

3.異常因素解析

對采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行試算，分析上表可知，發(fā)生異常前，將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入式1.1中，可得電壓在發(fā)生異常前及異常后的電壓U2值分別為17.8kV和17.6kV，顯然，發(fā)生異常后的U2值較未發(fā)生異常的U2值顯著減小，理論計算結(jié)果同實地觀測值基本一致。

經(jīng)計算，C2（中壓）中的電容變化情況介于0-10%內(nèi)，但C2（中壓）中的電容值明顯增加，可以肯定C2（中壓）內(nèi)出現(xiàn)部分短路故障。且介質(zhì)損耗值遠(yuǎn)大于產(chǎn)品投放標(biāo)準(zhǔn)值，兩參數(shù)均出現(xiàn)不同程度的增加，基本能夠判斷C2（中壓）內(nèi)的核芯絕緣異常。分析參數(shù)變化及故障特性其原因可能如下。

首先，CVT器件在組裝階段，出現(xiàn)接口密封不良問題，裸露的接口使得外界潮濕空氣不斷涌入組件內(nèi)，導(dǎo)致內(nèi)部電子元件變潮，絕緣能力銳減，在高電壓下極容易發(fā)生短路問題。再者，商品制造企業(yè)為了追求經(jīng)濟(jì)效益，人為縮減工藝流程，在組裝電容器內(nèi)部核芯時，核芯底部烘干不充分，少許水分被滯留在電容器內(nèi)部，嚴(yán)重威脅了電容設(shè)備的絕緣性能；或是在核芯卷裝過程中，未及時壓實，使得核芯內(nèi)部在空氣中停留過久，卷裝到內(nèi)部的水分在電壓的作用下向核芯外移動，嚴(yán)重?fù)p害了電容介質(zhì)。最后，在核芯卷裝的過程中，卷層內(nèi)出現(xiàn)破損，不均勻的電容內(nèi)壁引發(fā)電場畸變，內(nèi)壁薄弱部分被高壓擊壞，破壞了電容的整體性，致使絕緣性能降低；剩余內(nèi)壁繼續(xù)承受高電壓作用，不斷有新的內(nèi)壁被擊壞，如此不良循環(huán)，最終導(dǎo)致電容整體絕緣性能損失殆盡[2]。

4 .CVT電容拆解分析

為了進(jìn)一步認(rèn)識CVT電壓異常后的內(nèi)部真實響應(yīng)，特派專業(yè)技術(shù)專家對本次異常CVT設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場拆解分析。經(jīng)分析可知，此次故障CVT組件內(nèi)部各接縫部位密封良好，未見有大面積滲漏情況；為了精確判定器件內(nèi)部是否出現(xiàn)滲水問題，特對CVT內(nèi)部的絕緣保護(hù)油進(jìn)行反應(yīng)譜、水密性及壓力測試，經(jīng)試驗分析，各指標(biāo)參數(shù)均位于正常值內(nèi)，可以基本排除由于外界水分滲透而引發(fā)的絕緣失效問題。

進(jìn)一步將電容內(nèi)部的電容單元取出，經(jīng)查看，共計取出51枚電容單元。采用排除法分別對各電容單元進(jìn)行絕緣測試，最終確認(rèn)第42枚電容單元出現(xiàn)嚴(yán)重的薄膜-紙?zhí)蓟F(xiàn)象，可以認(rèn)定在該位置處曾出現(xiàn)嚴(yán)重的高電壓擊穿短路問題，經(jīng)試驗測定，各數(shù)據(jù)完全滿足擊穿短路問題的特點。為了排查電容在卷裝過程中可能出現(xiàn)的問題，將各個單元進(jìn)一步拆解，取出電容核芯，經(jīng)詳細(xì)檢查，在卷裝內(nèi)壁的薄膜-紙表面未見明顯的人為破損痕跡，但在局部出現(xiàn)潮濕跡象，且電容內(nèi)壁均勻平整，可以排除電容在卷裝過程可能出現(xiàn)的人為破損情況。

最后，經(jīng)技術(shù)部門聯(lián)合分析整合，基本認(rèn)定此次CVT設(shè)備電壓異常情況歸咎于供應(yīng)商在產(chǎn)品生產(chǎn)中未嚴(yán)格遵照工藝流程，導(dǎo)致電容內(nèi)核芯在尚未完全烘干的條件下就過早施行卷裝操作；且在單層卷裝操作完成后，并沒與及時壓實，導(dǎo)致內(nèi)壁長時間暴露于潮濕的空氣中，最終導(dǎo)致電容內(nèi)核芯受潮加快了介質(zhì)的損耗。

在檢查工作完成后，技術(shù)人員與供應(yīng)商取得聯(lián)系，供應(yīng)商在仔細(xì)核查產(chǎn)品加工流程時發(fā)現(xiàn)在核芯卷裝過程中確實出現(xiàn)上述問題，由于當(dāng)時工廠訂單量積壓嚴(yán)重，為了加快供應(yīng)速度，人為縮短了加工流程，給后續(xù)安全使用留下巨大威脅[3]。

5 .總結(jié)

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，各式各樣的家用電器不斷普及，普通居民的用電量逐年攀升；加之我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的不斷推進(jìn)，工業(yè)企業(yè)對電力供應(yīng)的依賴性與日俱增。作為供變電系統(tǒng)中重要組件之一的CVT設(shè)備，必須嚴(yán)密監(jiān)視其在工作階段的介質(zhì)損耗及電容量變化情況，通過測定電壓變化值快速而準(zhǔn)確的定位CVT設(shè)備內(nèi)的故障位置及類型，確保CVT設(shè)備在出現(xiàn)故障后，能做到早發(fā)現(xiàn)、早解決、早預(yù)防。

＊ [1] 王學(xué)錦，蔡建輝，黃繼來，陳達(dá).110KV母線CVT電壓異常的原因分析[J].安全生產(chǎn)，2015（5）：32-33.

＊ [2] 張廣東，溫定筠，胡春江，等.一起CVT故障的處理及分析[J].電力電容器與無功補(bǔ)償，2015，36（1）：81-83.

＊ [3] 金慶忍，郭敏，陳衛(wèi)東，楚紅波.220KV母線CVT開口三角電壓異常定位分析[J].廣西電力，2016,39（5）：13-14.