電容式電壓互感器電磁單元發熱分析

尚國良，李 娜

（1.國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118；2.國網山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276003）

電容式電壓互感器電磁單元發熱分析

尚國良1，李 娜2

（1.國網山東省電力公司檢修公司，濟南 250118；2.國網山東省電力公司臨沂供電公司，山東 臨沂 276003）

由紅外測溫儀發現一起電容式電壓互感器電磁單元發熱故障，隨后對該互感器電磁單元進行解體檢查。通過對中間變壓器空載試驗以及阻尼回路阻尼電流的測量，確認阻尼回路的諧振電容故障是導致電磁單元發熱的根源。提出電容式電壓互感器紅外巡視方案以及異常的排查方法，方便及時發現電容式電壓互感器發熱故障隱患。

電容式電壓互感器 ；電磁單元發熱；阻尼器；諧振電容器

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）作為重要的輸變電設備，與電磁式電壓互感器相比，不僅可防止出現因互感器鐵芯飽和而引起的鐵磁諧振，還具有經濟和安全上的優勢［1-2］。系統過電壓和運行年限往往造成電壓互感器二次阻尼元器件的劣化、損壞，從而導致電壓互感器異常發熱，影響設備健康運行［3］。對運行設備進行紅外測溫診斷可以有效發現設備發熱故障，評估設備運行狀態。紅外測溫診斷是保障電網設備安全運行的重要手段。

2015年5月，500 kV沂蒙變電站運維人員通過紅外測溫發現1臺35 kV電容式電壓互感器存在發熱故障，初步判斷為CVT電磁單元存在故障。隨后對其更換處理，避免了一次因設備發熱故障導致設備停電的事故。

1 設備故障的發現

2015年5月，巡檢機器人在日常巡視中發現35 kV 4號母線電容式電壓互感器B相電磁單元溫度異常。隨后運維人員進行了精確測溫，發現B相電磁單元油箱溫度高達30.3℃，而A、C兩相僅為22.5℃，并發現且B相二次電壓比同組的A、C相升高約3 V。

圖1為該組CVT三相的紅外熱像圖。從圖中可看到三相電容單元溫度基本一致，且與平時巡視溫度無差異，初步排除電容單元本體異常；而三相電磁單元油箱溫差達8 K，遠超過DL／T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》電壓致熱型設備診斷判據中“電壓互感器溫差不超過2～3 K”的要求，初步判斷B相CVT電磁單元內部存在故障。

圖1 互感器紅外測溫圖譜

停電后，對B相電容式電壓互感器進行了準確度測量。分別在 0.8Un、1.0Un、1.2Un下，通過1a1n線圈測試產品準確度。1a1n繞組容量為50 VA，準確度為0.2 S，輕載時按2.5 VA接入負荷。測試數據如表1、表2所示，表1為接入阻尼器時的測試數據，表2為未接入阻尼器時的測試數據。

通過對比試驗數據與標準要求，可以看出正常接入阻尼器時，0.8Un及1.0Un下其準確度符合標準要求，但1.2Un下比差增長較大。不接入阻尼器時，3個測試電壓下誤差均符合要求。由此可判斷，電容單元、中間變壓器一次繞組及補償電抗器匝間絕緣均無異常，阻尼回路可能存在問題。

該CVT電磁單元內部結構原理如圖2所示，其中AT為電磁單元一次線圈高壓端子（與電容單元抽頭連接端子），L為補償電抗器，諧振電容器Cx和諧振電抗器 Lx組成并聯諧振回路，再和阻尼電阻 R串聯組成諧振型阻尼器。正常運行時，阻尼回路通過短接二次端子盒內的d1、d2端子接入。

圖2 電磁單元結構原理

當阻尼回路電感、電容故障導致并聯諧振失諧時，中間變壓器流過較大電流，引起溫度異常升高。為保證電網安全運行，將該CVT進行了更換，并對該CVT進行解體檢查。

2 解體檢查

2.1 電容單元檢查

對電容單元進行了介質損耗因數（以下簡稱介損）及電容量試驗。測試結果如表3所示。從測試結果可以看出電容單元電容量及介損均在正常范圍內，判斷電容單元無異常。

2.2 電磁單元檢查試驗

對解體后的電磁單元進行空載、阻尼電流等試驗［4］。首先對中間變壓器二次繞組 dadn施加工頻電壓，在 1.0Un、1.2Un分別測量空載電流及損耗，測試結果見表4。從測試結果可以看出空載電流及損耗值均在正常范圍內，判斷中間變壓器無匝間擊穿及短路缺陷。

表1 準確度測試數據（接入阻尼器）

表2 準確度測試數據（未接阻尼器）

表3 電容分壓器電容、介損測量

表4 變壓器空載電流及損耗

對阻尼回路電流值進行測量。如圖3所示，打開d1、d2之間的連接片，將da、dn短接，給 d1、d2之間施加100 V工頻電壓測試阻尼電流。

圖3 阻尼電流測試接線

測試過程中，在加壓至40 V時，阻尼電流便達到1 780 mA，超過“100 V下小于1 A（廠家設備技術要求）”的要求。因此初步判斷阻尼回路損壞。由于儀器容量輸出限制，未能加壓至100 V。

圖4 電磁單元解體

用電容表測量阻尼回路中諧振電容器的電容值，測得電容量80 μF，遠小于（200±10%）μF的要求值（廠家設備技術要求），判斷諧振電容損壞。諧振電容器在電磁裝置中的位置如圖4所示。

3 故障分析及措施

3.1 故障分析

本次故障CVT采用諧振型阻尼器，并接在額定電壓為 100 V的剩余電壓繞組dadn上。諧振電容Cx和電感 Lx在工頻下調至并聯諧振狀態，此時回路阻抗很高，只有很小的電流流過阻尼電阻。當系統出現暫態過程或CVT二次短路消除時，由于中間變壓器鐵心飽和將可能產生鐵磁諧振，鐵磁諧振頻率一般為1／3、1／5或1／7次分頻諧波［5］。在鐵磁諧振過程中，由于頻率發生變化，阻尼回路的并聯諧振條件破壞，阻抗下降，二次電流劇增，瞬時在阻尼電阻上消耗很大功率，導致CVT電磁單元部分溫度升高。

此次故障CVT諧振電容器采用自愈式電容器，這種電容器在有放電擊穿時，會依靠擊穿能量蒸發擊穿點周圍的金屬極板涂層，快速恢復絕緣，但電容量會減小。當擊穿點較多或擊穿面積較大時，電容量減小較多，其自恢復絕緣能力降低，會加速內部介質的擊穿直至電容器短路。如果諧振電容器外殼密封不好，電磁裝置中的絕緣油進入諧振電容器，引起電容器內部金屬極板脫落，絕緣性能降低，也會導致諧振電容器電容量降低甚至擊穿。由于諧振電容器電容量減小，諧振阻尼器失諧，阻尼回路電流大幅增大，導致一次繞組電流大幅增加，中間變壓器產熱嚴重，造成其發熱明顯高于其他相。

3.2 措施

在日常巡視中，定期用紅外測溫儀測量電磁單元溫升的變化，同組互感器溫度相差應不超過2℃。如果有設備溫度超出其他設備溫度2℃，則須對該設備二次電壓進行監測，如果二次電壓異常，則可能是諧振回路故障引起電磁裝置發熱，須對諧振回路進行維修。

對二次電壓進行監測，同組互感器三相電壓不平衡率應不超過1%。如果三相不平衡電壓超過1%，則有可能是中間變壓器一次繞組發生匝間擊穿，須盡快對該設備進行更換。如果繼續運行，則會引起擊穿面積增大，最終導致二次失壓，影響運行安全。

對電磁單元存在缺陷懷疑時，可按圖3所示接線方法測量阻尼器回路的阻尼電流。若在100 V電壓下，阻尼電流不大于1 A，則阻尼回路正常，否則諧振回路器件存在問題，應重點關注諧振電容器。

4 結語

當互感器阻尼回路中諧振電容器損壞時，會引起輔助繞組dadn及一次繞組電流增大，如不及時處理，會造成中間變壓器繞組發熱、絕緣老化、匝間擊穿。一旦匝間短路則電流將會繼續增大，變壓器繞組無法承受發熱量，最終造成整個中間變壓器燒毀，二次失壓。

通過與設備廠家溝通，從故障出現到整個中間變壓器燒毀大概為1～3個月。如果紅外檢測到位，會有足夠的時間發現缺陷，避免設備燒毀事故發生。根據所介紹的紅外熱像巡視方案及預防性試驗方法，可以提前發現設備隱患，保證設備及電網的安全。

［1］馬朝華.電容式電壓互感器暫態特性研究［D］.鄭州：鄭州大學，2007.

［2］GB 4703—2001電容式電壓互感器［S］.

［3］劉瀟.110 kV電容式電壓互感器電磁單元發熱分析［J］.技術與市場，2014，21（12）：63-65.

［4］孫波.無分壓抽頭電容式電壓互感器（CVT）的整體試驗［J］.安徽電力，2006，3（4）：38-40.

Electromagnetic Unit Heating Analysis of Capacitor Voltage Transformers

SHANG Guoliang1，LI Na2
（1.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China；2.State Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

An electromagnetic unit heating fault of a capacitor voltage transformer（CVT）is monitored by the infrared temperature measuring instrument.Subsequently，the electromagnetic unit of the mutual inductor is disintegrated to check.By the no-load test of the intermediate transformer and the damping current test of the damping circuit，it is confirmed that the resonant capacitor failure of the damping circuit is the reason of the heating of the electromagnetic unit.The infrared inspection scheme of CVT and the investigation method of the abnormity are put forward，by which CVT heating fault can be found convenient and timely.

CVT；electromagnetic unit heating；damper；resonant capacitor

TM451

：B

：1007－9904（2017）04－0074－03

2016-12-17

尚國良（1989），男，從事變電站設備檢修工作；

李 娜（1988），女，從事變電站設備檢修工作。