一起110 kV電容式電壓互感器缺陷分析

林景福，黃濤，任重

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

目前電力系統中110 kV及以上電壓等級多采用電容式電壓互感器[1-2](capacitor voltage transformer，CVT)。CVT在正常運行時接近空載，其溫升一般并不明顯，一旦出現較大溫升，說明該設備出現了較大的問題，需要立即處理[3]。特別是當運行狀態下的CVT二次線圈出現短路故障，將產生很大的短路電流，致使二次線圈異常發熱甚至燒毀，嚴重時危及設備、系統及人身安全。因而在日常運維過程中，提高CVT試驗數據準確性，對設備健康狀態評價十分重要[4-6]。

1 典型CVT結構簡介

典型CVT為單相單柱式結構，由電容分壓器和電磁單元兩部分組成，如圖1所示。電容分壓器由多個電容串聯組成，分為主電容器和分壓電容器。電磁裝置由電磁式電壓互感器和電抗器組成，它的作用是將分壓電容器上的電壓降低到所需的二次電壓值。由于分壓電容器上的電壓會隨負荷變化，所以在分壓回路串入電抗器，可以補償電容器的內阻抗，使二次電壓穩定[7-9]。

①-電容分壓器；②-電磁單元；③-主電容；④-分壓電容；⑤-中間變壓器；⑥-諧振電抗器；⑦-阻尼器；⑧-保護間隙；⑨-阻尼器連接片；⑩-一次接線端；-二次輸出端；-接地端；-絕緣油；-電容分壓器管套；-電磁單元箱體；-端子箱；-外置式金屬膨脹器。

圖2為CVT原理，系統一次側電壓通過串聯電容C1、C2分壓，然后通過中間變壓器T，利用電磁感應原理，對一次側進行二次降壓，最終在二次繞組側獲得相應的測量電壓，作為表計、繼電保護等裝置的電壓源[10]。

圖2 CVT原理

圖2中：C1為主電容；C2為分壓電容；T為中間變壓器；P為載波裝置；F為保護間隙；L為補償電抗器；1a、1n為主二次繞組；2a、2n為輔助二次繞組；da、dn為剩余二次繞組；ZD1、ZD2為阻尼裝置。

2 缺陷案例

2019年9月26日，試驗人員對某110 kV變電站內變電設備進行紅外檢測時，發現某110 kV線路CVT下部油箱中上部存在異常發熱。最高發熱溫度為60.8 ℃，相鄰間隔正常運行的CVT溫度為40.2 ℃，兩者溫差達20.6 ℃，如圖3所示。根據文獻[11]標準，要求運行中CVT溫差不大于2～3 ℃，說明該CVT存在電壓致熱型發熱缺陷。

(a) 缺陷相

試驗人員觀察CVT電磁單元箱體油位窗口，發現油位無異常，同時對該線路保護屏二次電壓進行檢查，發現該線路電壓示值在90～110 V之間不斷變動(其他線路保護屏穩定在104 V左右)。經繼保專業人員現場檢查，排除了保護裝置故障的可能性。初步懷疑一次設備存在異常，CVT電磁單元內部存在缺陷，立即申請緊急停電進行檢查。

3 試驗分析

3.1 電氣試驗

經調度批復停電后，試驗人員立即對該CVT電容分壓器進行了絕緣電阻、介損、電容量等高壓試驗項目。現場測試絕緣電阻與歷史測試結果相比無顯著變化，滿足文獻[12]中的標準要求。介損tan δ和電容量試驗數據見表1。

表1 介損和電容量試驗數據

根據文獻[12]中的標準要求，CVT介損tan δ不大于0.2%，電容偏差在-5%～+10%范圍內。表1中的各項試驗數據均在規程要求范圍內，說明該CVT的電容分壓器正常。

因CVT發熱部位處在油箱中上端，在電磁單元的中間變壓器位置，所以試驗人員重點測試了中間變壓器。中間變壓器一次繞組對二次繞組及地的絕緣電阻的測試結果為100 MΩ，遠小于文獻[12]要求值1 000 MΩ。由此初步判斷該CVT內部中間變壓器存在繞組短路故障。

3.2 油色譜試驗

為進一步確定故障原因，試驗人員又對該CVT油箱中的絕緣油采樣，進行油色譜試驗和微水、耐壓、介損試驗。試驗結果見表2、表3。

表2 油色譜試驗數據 μL/L

表3 微水、耐壓、介損數據

文獻[12]中要求絕緣油中溶解氫氣、總烴的注意值分別為150 μL/L，100 μL/L。從表2中油色譜試驗結果中可以看出，油中氫氣、總烴的含量均已超標。表3中絕緣油的微水、擊穿電壓、介損試驗結果均為合格。

運用三比值法對油色譜試驗數據進行計算，得到的編碼組合為：0、0、1，如表4所示。結果顯示該CVT內部發生低溫過熱故障(低于150 ℃)，并由此引發絕緣油溶解氣體異常，因而確定該CVT中間變壓器存在故障。

表4 故障氣體比值和編碼

3.3 故障原因分析

造成該起CVT發熱故障的原因為中間變壓器一次繞組絕緣性能降低，分接頭對地產生火花放電，從而致使中間變壓器一次繞組短路。分壓電容C2上的電壓將全部加于補償電抗器L上，突變的電流致使短路點異常發熱，并逐次傳遞到周圍絕緣油、電磁單元箱體。

該CVT于2011年11月出廠，同批次同型號設備尚未出現發熱缺陷，因此排除家族性缺陷可能，此次缺陷屬于個例，由于此次缺陷發現及時，未對電網產生嚴重影響。

4 運維建議

(1)積極開展CVT設備在線監測工作和紅外檢測工作，通過檢查線路保護屏電壓與紅外檢測相結合，判斷CVT是否為一次設備的缺陷情況。

(2)當發現CVT電容量和介損值與出廠值或歷史值有明顯增長趨勢時，應查明具體原因，同時縮短試驗周期，不合格的應盡快處理或更換。

(3)油色譜及微水試驗分析可以發現CVT存在的潛伏性故障，結合高壓試驗可對異常設備進行更加準確的判斷。

(4)CVT如出現滲漏油、電磁單元油箱油位異常時應立即檢查，防止因絕緣油泄漏而引起一次設備故障。

(5)對電磁單元部分發現有異常發熱或響聲時，應將CVT退出運行，進行詳細試驗、檢查及處理。