狀態(tài)監(jiān)測(cè)在電容式電壓互感器全壽命周期管理中的應(yīng)用

李萌萌，邵 進(jìn)，韓發(fā)昌，華 超

（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，合肥 230001）

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）與電磁式電壓互感器（PT）相比，具有絕緣強(qiáng)度高、不產(chǎn)生鐵磁諧振、價(jià)格較低、可兼作耦合電容器用于載波通信（PLC）等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。由于CVT比PT不僅多出電容分壓器部分，其電磁單元也比PT多出了補(bǔ)償電抗器、阻尼裝置及保護(hù)裝置等電氣元件，因此電磁單元發(fā)生故障的概率也要高于PT。

CVT電磁單元內(nèi)部元件發(fā)生接地?fù)舸┑裙收蠒r(shí)，一般表現(xiàn)為二次電壓為零、故障部位溫度升高等現(xiàn)象［1］。因此可采用設(shè)備巡視、帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、停電試驗(yàn)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全壽命周期管理，確保電網(wǎng)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 二次失壓故障分析

2011年10月11日，安徽500 k V文都（安慶）變電站某220 k V線路CVT在電網(wǎng)設(shè)備正常運(yùn)行條件下發(fā)生二次失壓故障，進(jìn)行紅外測(cè)溫發(fā)現(xiàn)其電磁單元溫度較其他同類型設(shè)備高出了4℃。電氣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其電磁單元的中間變壓器一、二次繞組絕緣電阻接近于零，介損測(cè)試結(jié)果為上節(jié)電容量基本不變，下節(jié)電容量明顯變大，在使用CVT自激法測(cè)量時(shí)不能加壓。隨后，對(duì)其電磁單元內(nèi)絕緣油開展油色譜、水分、耐壓分析，其總烴、氫氣、水分含量均嚴(yán)重超標(biāo)，而擊穿電壓明顯降低。因此，初步判斷電磁單元內(nèi)部存在電弧放電現(xiàn)象，且繞組絕緣損壞。

隨后將其返廠解體檢查并進(jìn)行故障原因分析，發(fā)現(xiàn)在裝配過程中部分螺栓未緊固到位，導(dǎo)致起密封作用的密封墊圈未壓緊，設(shè)備運(yùn)行過程中電磁單元長(zhǎng)期和外界空氣接觸而受潮，一次繞組下鐵厄底部銹蝕嚴(yán)重，部分鐵銹已經(jīng)脫落。此外，電磁單元受潮導(dǎo)致內(nèi)部絕緣油中水分含量不斷上升，絕緣油性能進(jìn)一步下降，最終導(dǎo)致電磁單元一次繞組與下鐵厄間放電擊穿，造成匝間短路，二次失壓。

解體后的CVT情況如圖1和圖2所示。

圖2 電磁單元高壓線圈燒損

2 帶電檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)

2.1 紅外測(cè)溫與油位觀察

檢修試驗(yàn)人員每月一次對(duì)該批次CVT進(jìn)行紅外測(cè)溫，關(guān)注其電磁單元的溫度變化情況；同時(shí)對(duì)CVT設(shè)備的油位進(jìn)行觀察，重點(diǎn)關(guān)注是否存在油位過高、看不見油位等異常情況。紅外檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)異常溫升、溫差和相對(duì)溫差，而電容式電壓互感器油位普遍偏高。

2.2 設(shè)備二次電壓監(jiān)測(cè)

電磁單元內(nèi)部元件發(fā)生接地?fù)舸┑裙收蠒r(shí)，一般表現(xiàn)為設(shè)備二次電壓異常，因此需要對(duì)設(shè)備二次電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)抽取4條線路（4C71、4C72、4C75、4C79）在2012年迎峰度夏期間（8月27日至9月6日）的電壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，取每日某時(shí)刻二次電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一次電壓后，220 k V線路CVT電壓波動(dòng)趨勢(shì)如圖3所示。

圖3220 k V線路CVT電壓波動(dòng)趨勢(shì)圖

從圖3可以看出，每條線路電壓隨時(shí)間變化規(guī)律基本一致，即與系統(tǒng)電壓基本吻合，表示運(yùn)行狀態(tài)正常，但仍需加強(qiáng)跟蹤。

2.3 電磁單元油樣分析

根據(jù)狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程，電容式電壓互感器帶電診斷試驗(yàn)項(xiàng)目為電磁單元絕緣油擊穿電壓和水分測(cè)量。

由于絕緣油擊穿電壓所需油量較大，電磁單元中油量有限，不適宜長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)多次取樣跟蹤。而油色譜分析耗油較少，并且可以根據(jù)其成分含量初步判斷內(nèi)部故障類型。因此試驗(yàn)人員對(duì)油樣開展油色譜和水分測(cè)量，現(xiàn)抽取4條線路跟蹤檢測(cè)，其結(jié)果見表1。

2.3.1 水分含量分析

從表1可知，全部電壓互感器水分含量超標(biāo)（狀態(tài)檢修規(guī)程要求≤25 mg／L），且水分含量有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，其變化趨勢(shì)見圖4。

圖4220 k V線路CVT水分含量變化趨勢(shì)

隨著溫度的降低，其油中水分含量有下降趨勢(shì)，因此根據(jù)油中水分含量判斷受潮程度時(shí)，需注意溫度的影響，油中水分溶解度與溫度的關(guān)系如圖5所示［2］。當(dāng)溫度很低時(shí)，即使水分含量不大（≤25 mg／L），在合格范圍內(nèi)，也不能判斷該設(shè)備沒有受潮，而是需要根據(jù)圖5關(guān)系曲線判斷油中水分是否已經(jīng)達(dá)到飽和。如果已經(jīng)達(dá)到飽和，說(shuō)明該設(shè)備內(nèi)部可能存在沉積水，已經(jīng)嚴(yán)重受潮。

表1220 k V線路CVT油色譜、水分跟蹤數(shù)據(jù)

圖5 油中水分溶解度與溫度的關(guān)系

2.3.2 氫氣含量分析

氫氣是絕緣受潮特征氣體的主要成分之一，以溶解或懸浮狀態(tài)存在于油中的水分。從表1可以看出，雖然各電壓互感器的氫氣含量在合格范圍內(nèi)，但有明顯的上升趨勢(shì)，且逐漸接近注意值（≤150μL／L），可輔助判斷電磁單元內(nèi)部受潮。

2.3.3 烴含量分析

絕緣油主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和烯烴等組成。這些碳?xì)浠衔镉蒀—H和C—C鍵組合在一起，電氣設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的電和熱是不足以使這些鍵遭受破壞的。因此，絕緣油正常劣化的結(jié)果只形成極少量的氫、甲烷、乙烷等。但是當(dāng)電氣設(shè)備密封不良導(dǎo)致絕緣受潮后，油中的水分、氣體等雜質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)與絕緣油本身的參數(shù)不同，這就必然會(huì)在這些雜質(zhì)附近造成局部強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致局部放電或過熱故障。此時(shí)，在電和熱的作用下某些C—H鍵和C—C鍵斷裂，伴隨生成少量活潑的氫原子和不穩(wěn)定的碳?xì)浠衔镒杂苫＿@些氫原子或自由基通過復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)迅速重新化合，形成氫氣和低分子烴類氣體，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等［4］。從表1中總烴列數(shù)據(jù)可以看出，總烴含量增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，尤其是在夏季高溫（如2012-07-10，35℃）條件下，總烴含量大幅提高，均存在不同程度的超標(biāo)，說(shuō)明設(shè)備內(nèi)部存在因受潮導(dǎo)致高溫過熱的故障。此外，部分電容式電壓互感器中產(chǎn)生乙炔，說(shuō)明電磁單元內(nèi)部存在局部放電。

3 例行電氣試驗(yàn)

結(jié)合線路停電檢修，對(duì)該500 k V變電站中5條220 k V線路電容式電壓互感器開展例行試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括極間絕緣電阻、電容量與介質(zhì)損耗因數(shù)；二次繞組之間、二次繞組對(duì)地、電容末端N點(diǎn)對(duì)地、中間變壓器一次繞組末端XL點(diǎn)對(duì)地絕緣電阻。

測(cè)試結(jié)果顯示，5臺(tái)電容式電壓互感器的極間絕緣電阻和介質(zhì)損耗、電容末端N點(diǎn)對(duì)地絕緣電阻結(jié)果合格，而二次繞組之間、二次繞組對(duì)地、中間變壓器一次繞組末端XL點(diǎn)對(duì)地絕緣電阻雖然在合格范圍內(nèi)（狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定二次繞組絕緣電阻≥10 MΩ（注意值）），但與交接值比較均有不同程度的下降，抽取4條線路試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2判斷可能由于電磁單元長(zhǎng)期進(jìn)水受潮導(dǎo)致絕緣性能下降。

表2220 k V線路CVT繞組絕緣電阻測(cè)試數(shù) MΩ

4 家族性設(shè)備缺陷處理

經(jīng)過對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)確定，500 k V文都變電站使用的2009年9月同一廠家、同一批次生產(chǎn)的15臺(tái)220 k V電容式電壓互感器故障特征與皖電設(shè)評(píng)［2011］2號(hào)《關(guān)于發(fā)布2011年度輸變電設(shè)備家族性缺陷的通知》中通報(bào)的家族性缺陷相似，聯(lián)系廠家對(duì)該批次15臺(tái)電容式電壓互感器進(jìn)行更換。此外，對(duì)楚城變電站、眾興變電站該廠家的電壓互感器進(jìn)行狀態(tài)診斷，檢測(cè)結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)異常，設(shè)備正常運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

本文采用油位觀察、紅外測(cè)溫、二次電壓監(jiān)測(cè)、電磁單元油色譜和水分分析等帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)手段，對(duì)電容式電壓互感器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的全壽命周期管理。

1）當(dāng)異常未發(fā)展為故障前，油樣檢測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電磁單元內(nèi)部異常。雖然狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定絕緣油試驗(yàn)項(xiàng)目為擊穿電壓和水分測(cè)量，但由于絕緣油擊穿電壓所需油量較大，電磁單元中油量有限，不適宜長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)多次取樣跟蹤。而油色譜分析耗油較少，并且可以根據(jù)其成分含量初步判斷內(nèi)部故障類型。

2）絕緣油水分測(cè)試時(shí)，絕緣油中水分溶解度隨著溫度的上升而增大。當(dāng)溫度較低時(shí)，即使水分含量不大（≤25 mg／L），在合格范圍內(nèi)，也不能判斷該設(shè)備沒有受潮，需綜合考慮溫度的影響。

3）電磁單元內(nèi)部元件發(fā)生接地?fù)舸┑裙收蠒r(shí)，一般表現(xiàn)為二次電壓異常，故障部位溫度升高等，可采用紅外測(cè)溫、二次電壓監(jiān)測(cè)等手段，判斷內(nèi)部故障的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

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