某220 kV電容式電壓互感器異常診斷分析

佘立偉，毛興華，鄒學偉，林朋遠

(國網湖南省電力有限公司衡陽供電分公司，湖南衡陽421001)

電壓互感器在電網中是實現電壓一次側向二次側轉化的設備，起著監控電網運行的重要作用，電壓互感器發生故障將直接影響到電網的安全穩定運行[1-4]。目前系統中運行電壓互感器主要包括:電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器 (以下簡稱CVT)，相比于電磁式電壓互感器，CVT能有效降低系統諧振故障，因此被廣泛引用在電力系統中，但受制造質量、安裝工藝及運行環境等因素影響，近年來故障頻發，給整個電網的安全穩定運行帶來威脅。

本文對一起220 kV的CVT二次無電壓及發熱異常故障案例進行分析，并給出了CVT故障分析及處理相應建議，為設備現場運檢提供技術參考。

1 故障簡介

2019年7月9日凌晨，某220 kV變電站型號為TYD220/3—0.01H的CVT監控后臺告警顯示無二次電壓輸出。經現場檢查核實，發現該TV從二次側絕緣板線端根部到CVT端子箱中保護、計量、開口三角形三對二次繞組均無電壓輸出，同時通過紅外測溫發現該CVT的C相電磁單元處紅外異常于其他兩相，紅外圖譜如圖1—2所示。

圖1 6×24電壓互感器異常相紅外圖譜

圖2 6×24電壓互感器正常相紅外圖譜

紅外圖譜顯示C相電磁單元處為23.6℃，比正常相高2.6K，達到了DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》規定的危急缺陷標準，立即將CVT退出運行，并開展診斷性試驗查明原因。

2 試驗檢查

對220 kVⅡ母6×24C相CVT進行了絕緣電阻、介質損耗因數及電容量、二次繞組直流電阻、電壓比及油油色譜試驗、油耐壓、油介損、油微水等聯合診斷試驗分析。其中絕緣電阻、介質損耗因數及電容量、二次繞組直流電阻、電壓比試驗數據見表1—2。

表2 介質損耗因數及電容量測試數據

電容單元絕緣電阻、介質損耗因數及電容量試驗上節測試數據合格，其中下節C1和C2采用自激法測試，儀器顯示短路接地，無法試驗。后用反接法在中間法蘭加壓測試上下節并聯電容，發現CVT檢修試驗刀閘無論在運行位置還是在試驗位置，測試結果都一樣，數值為44 400 pF；在C2尾端N接頭處采用反接法加壓2 kV測C2電容量和介損，數據合格；測量電磁單元一次繞組對地絕緣，顯示絕緣電阻為0，判定下節C1和C2連接處短路接地，二次繞組直阻及絕緣電阻試驗數據合格，電壓互感器電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭處接地。

為進一步查明故障原因，對C相CVT取油樣進行油色譜檢測，檢測結果見表3。

表3 C相CVT油色譜試驗結果 μL/L

根據GB/T 7252—2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》9.3規定:220 kV及以上CVT油中氣體含量總烴、乙炔、氫氣分別不應超過100 μL/L、 2 μL/L、 150 μL/L 的注意值。 總烴、乙炔、氫氣含量大大超過注意值，且CO、CO2含量較大。利用油中溶解氣體三比值法診斷計算:

三比值編碼為121，參照三比值法診斷分析[5]，表明的故障類型為電弧放電兼過熱，且因油耐壓值為27.5 kV低于40 kV標準值，初步判斷電磁單元內部有放電灼燒故障，且電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭處放電接地，電弧造成絕緣件灼燒使得油碳雜質增多并造成油耐壓減小。

3 解體檢查

對C相CVT進行了吊罩解體檢查，在解體泄壓時螺帽直接被內部壓力沖開，內部壓力巨大，解體后，發現CVT電磁單元中間變壓器連接分壓電容接頭 (與中壓接地開關接觸頭相連)與箱體接地環氧樹脂支撐件處擊穿，黑色擊穿灼燒痕跡明顯，擊穿部位情況如圖3所示。

圖3 電磁單元吊罩

4 原因分析

結合帶電檢測、停電試驗和解體檢查情況，可判斷6×24C相CVT二次側無電壓輸出異常原因如下:

CVT電磁單元中壓接地開關靜觸頭與接地通過環氧樹脂絕緣支撐件擊穿短路，使得中間變壓器原邊側短路接地，導致CVT下節電容C2及電磁單元被 “切除”，造成二次繞組端子無信號輸出，擊穿后等效結構如圖4所示。

圖4 CTV電磁單元處內部短路擊穿結構

同時，因中壓接地開關開關環氧樹脂支撐板擊穿放電，電弧作用造成絕緣油分解，引起油色譜及紅外成像圖譜異常。

通過圖5可清晰看到6×24C相CTV中壓接地開關環氧樹脂支撐件中靜觸頭與接地螺絲段間表面分布大量電樹枝，該電樹枝是由于該絕緣件制作工藝不良，其中摻雜了雜質、氣隙等缺陷造成局部電場集中，引起局部擊穿，進而形成樹枝狀放電破壞通路[6-7]，電樹枝形成后快速發展并進一步腐蝕降低環氧樹脂絕緣支撐件的絕緣性能，造成絕緣件迅速老化、絕緣性能進一步下降，直到被擊穿。

圖5 CTV中壓接地開關環氧樹脂支撐件擊穿圖

5 結論與建議

1)6×24C相CVT異常原因為電磁單元中壓接地開關靜觸頭與接地通過環氧樹脂絕緣支撐件放電擊穿，造成中間變壓器原邊側短路接地。

2)運行中CVT出現二次電壓輸出異常情況，可及時進行紅外測溫及油中溶解氣體分析，以判斷其內部是否存在局部放電或者過熱。

3)應加強對CVT停電例行試驗檢查，特別是對同廠家、同型號、同批次帶中間接地開關配置的CVT進行試驗刀閘絕緣測試；同時積極開展紅外精確測溫工作，一旦發現CVT溫度異常，應立即上報處理，必要時申請停電進行診斷性試驗。

4)加強CVT投運前中設備制造、入廠監造等過程技術監督，必要時抽查電磁單元絕緣件局放試驗，及時發現不良絕緣件，杜絕隱患設備入網。