35kV電容式電壓互感器電磁單元過熱原因分析及處理

國網河北省電力公司衡水供電公司 祝賀 劉勇 劉廷眾 張海超

1 故障簡述

2017年5月3日紅外精確測溫工作，發現220kV某變電站35kV母線電容式電壓互感器（以下簡稱CVT）電磁單元溫度64.4℃，如圖1所示。

圖1 B相CVT紅外分析

現場測試條件：天氣：陰，環境溫度：22℃，相對濕度40%，測試距離3米。正常相（A、C相）為30℃。超出《DL/T664-2008帶電設備紅外診斷應用規范》相關要求，判定為存在危急缺陷。其余各相CVT均正常。

CVT型 號 為WVB235-20HF，2002年7月 出 廠，2002年10月30日投運，戶內布置，雙母線分列運行，母線經消弧線圈接地。為查找設備故障原因，決定對故障設備進行解體檢查以便于進一步分析處理。

2 檢查處理

2.1 CVT檢查試驗

2.1.1 外觀檢查

停運后現場外觀檢查35kV2號母線B相CVT整體外觀良好，油位正常，表面無滲漏油現象，二次接線端子未見燒灼痕跡。

2.1.2 工況核查

核查運維、檢修、調控及設備出廠資料等相關記錄，自2017年1月起，35kV各出線側未帶負荷，未出現誤操作、系統接地等情況。該故障CVT在2017年4月25日正常運行時由1.1Un短時上升至1.9Un（38kV），持續15min后系統電壓恢復正常。如圖2所示。

圖2 故障相CVT過電壓波形圖

2.1.3 診斷性試驗

根據《輸變電設備狀態檢修規程》（Q/GDWG1168-2013）關于CVT的規定，對故障CVT開展診斷性試驗項目，以檢查設備故障具體原因。CVT電氣連接原理圖如圖1所示。

2.1.4 絕緣試驗

通過絕緣檢查試驗發現，補償電抗器并聯避雷器回路絕緣電阻為0MΩ，測試數據見表1所示。

2.1.5 對CVT電磁單元絕緣油進行氣體組分測試

測試結果參照電磁式電壓互感器標準判定為內部存在電弧放電缺陷，測試數據見表2所示。

綜合診斷性試驗結果分析認為，電磁單元內部元件在運行過程中發生電弧放電，補償電抗器并聯避雷器回路存在短路接地故障。

圖3 CVT電氣連接原理圖

圖4 中變線圈和調節端子板上微粒沉淀

表1 電磁單元診斷試驗數據

2.2 CVT解體檢查試驗

2.2.1 解體過程

為查找避雷器損壞原因及分析故障具體發展過程，于2017年5月26日對故障CVT進行了解體檢查，分離電容分壓器和電磁單元發現電容分壓器中壓套管表面有黃色油霧附著，中間変圧器線圈及調節端子板上有黃色微粒沉淀，砸破避雷器瓷套后發現瓷套內有絕緣油，內壁有電弧灼燒痕跡；拆解阻尼器發現阻尼器電阻絲和速飽和線圈燒損，絕緣材料燒焦炭化。解體寫真如圖3、圖4、圖5所示。

2.2.2 檢查試驗

分離電磁單元內部各組件，對各組件進一步進行檢查試驗，試驗結果如表3所示。

綜合檢查試驗結果及解體情況分析，補償電抗器并聯避雷器絕緣電阻為0MΩ，阻尼器的速飽和電抗線圈的絕緣材料燒焦炭化，導線的繞彎處漆膜與芯體剝離，判斷阻尼器應屬于熱擊穿損壞；解剖時避雷器瓷套內部有絕緣油，瓷套內壁有放電痕跡，可以判斷電弧放電缺陷應該發生在避雷器部位。

3 綜合分析

3.1 故障結論

該CVT運行過程中因擾動產生自諧振過電壓，且不能有效、快速消除諧振，速飽和阻尼器只能延長工作時間抑制諧振，而阻尼器工作時間延長導致速飽和線圈和電阻絲發熱，使線圈之間絕緣劣化，導致阻尼器性能進一步下降，消除諧振的時間進一步延長，如此惡性循環，最終阻尼器徹底失效；由于阻尼器失效不能消除諧振，補償電抗器上持續過電壓，保護補償電抗器的避雷器閥片沿面電弧放電，瓷套內部壓力升高破壞避雷器瓷套密封，絕緣油浸入瓷套內部。

表2 絕緣油試驗結果及分析

圖5 避雷器閥片瓷套內放電燒灼痕跡

圖6 阻尼器（速飽和電抗及電阻絲燒損，瓷電阻正常）

3.2 原因分析

3.2.1 設計原理

避雷器與補償電抗器并聯，起保護補償電抗器的作用，同時對抑制鐵磁諧振起輔助作用，在系統過電壓、CVT發生諧振以及二次過載甚至短路情況下補償電抗器電壓會升高，此時避雷器動作，保護補償電抗器。

速飽和阻尼器的作用是抑制鐵磁諧振，CVT在額定電壓下速飽和電抗為高阻抗，通過電阻絲的電流接近為0，而當發生鐵磁諧振或一次過電壓時二次電壓隨之升高，速飽和電抗迅速飽和，感抗值降低，通過電阻絲的電流增大，阻尼器開始工作破壞諧振條件，達到消除諧振的作用。

鑒于阻尼器在額定電壓時不工作，只有在過電壓或鐵磁諧振導致二次電壓升高時短時投入工作，所以阻尼器按短時工況設計，標準規定35kVCVT在1.9Un的過電壓下可以運行8小時，電壓如果繼續升高，導致阻尼器損壞的時間會急劇縮短，當過電壓達到2.1Un時幾分鐘時間阻尼器就可能損壞，這是速飽和型阻尼器的特性。

表3 內部各組件檢查試驗結果

圖7 速飽和阻尼器結構示意圖

圖8 廠家采用的速飽和阻尼器結構示意圖

圖9 優化設計后的速飽和阻尼器

速飽和阻尼器結構如圖7所示。

3.2.2 設計核查

核查生產廠家生產2002年7月該批次CVT的設計圖紙，廠家在設計時采用將速飽和阻尼器并聯在剩余繞組，同時并聯一個50Ω的純電阻的結構，如圖8所示。在保證輸出誤差的情況下增加二次純電阻負荷，配合速飽和電抗和繞線電阻，以解決速飽和阻尼器不能在0.9～1.1Un情況下有效阻尼CVT內部鐵磁諧振的情況。

2010年，該制造廠棄用此結構，同時優化設計，如圖9所示。將速飽和阻尼器改接在主繞組，同時取消了50Ω的并聯電阻。

3.2.3 總結

廠家采用的阻尼器設計參數為1.9Un時電流2.0～2.5A，可以有效快速消除諧振的作用，而該臺CVT由于速飽和阻尼器設計不當、制造工藝不良，導致在長時間運行過程中特性改變，正常運行過程中產生自諧振過電壓，損壞速飽和阻尼器，最終導致保護補償電抗器的避雷器閥片沿面電弧放電。

4 結束語

通過以上分析，總結認為該生產廠家該批次CVT存在設計不當、制造工藝不良的問題，對于在運的CVT應采取有效的防范手段建議如下：

對于CVT的監測最便捷、有效的方法就是紅外精確測溫，對于同批次的這種運行超過10年的CVT，建議加強監控，紅外精確測溫周期由1年縮短至3個月，以便及時發現故障苗頭，采取應對措施；

加強電力設備監造工作，對工程設備的設計、加工、制造、儲運、材料采購、組裝和測試等重要形成過程、關鍵部件的質量控制進行見證、檢驗和審核，對設備加工進度進行監督，并參與設備加工制造過程的管理;

對該生產廠家進行約談，分析設備制造及管理存在的問題，提出整改意見；督促該公司開展專項分析活動，杜絕以后發生類似問題。

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