一起330kV電壓互感器損壞引起線路電壓異常分析

權(quán) 蒙 鄒 苗 侯亞為 劉 航

一起330kV電壓互感器損壞引起線路電壓異常分析

權(quán) 蒙 鄒 苗 侯亞為 劉 航

（國(guó)網(wǎng)咸陽(yáng)供電公司，陜西 咸陽(yáng) 712000）

電壓互感器是一種重要的變電站設(shè)備，主要用于測(cè)量線路電壓、功率和電能，保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。本文介紹一起330kV線路電壓互感器損壞導(dǎo)致線路電壓異常的故障，并根據(jù)故障原因提出了相應(yīng)的防范措施，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性。為避免其他變電站發(fā)生類似電壓異常提供借鑒。

電壓互感器；電壓異常；防范措施；空載合閘過(guò)電壓

0 引言

電壓互感器是變電站的一種重要電氣設(shè)備，它的主要功能是測(cè)量線路電壓、功率和電能，以及起到繼電保護(hù)的作用。電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT）相較于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器，具有制造簡(jiǎn)單、價(jià)格低、體積小、抗諧振等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用[1-2]。CVT主要由高壓、中壓電容分壓器和電磁單元組成。

電壓互感器發(fā)生故障，可能會(huì)引起線路電壓異常告警，危及電網(wǎng)安全運(yùn)行，還可能造成計(jì)量精度不夠，引起計(jì)量誤差[3-5]。為此，本文針對(duì)某330kV變電站電壓互感器損壞引起線路電壓異常的情況進(jìn)行分析，從現(xiàn)場(chǎng)檢查、試驗(yàn)檢測(cè)、解體分析方面深入分析，確定該CVT因電容極板絕緣老化發(fā)生擊穿造成二次電壓異常，并提出有效的防范措施。

1 事件概況

2020年11月24日20:03，某330kV變電站監(jiān)控顯示“PT回路斷線”異常告警信號(hào)。運(yùn)維人員檢查發(fā)現(xiàn)，某330kV線路B相電壓較正常值高10%左右（顯示二次電壓69V，正常應(yīng)為62V），C相電壓略低（顯示二次電壓60V）。保護(hù)人員立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B相電壓互感器二次端子進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)保護(hù)、計(jì)量、開(kāi)口繞組電壓存在同時(shí)增大趨勢(shì)，初步分析該電壓互感器可能存在部分電容擊穿情況。

2020年11月26日，將該330kV線路電壓互感器停電轉(zhuǎn)檢修；29日9:35，檢修人員對(duì)該線路電壓互感器進(jìn)行三相更換，經(jīng)試驗(yàn)、保護(hù)、計(jì)量專業(yè)檢驗(yàn)合格后，于30日12:38順利投運(yùn)。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查

2.1 外觀檢查、紅外測(cè)溫

24日監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常后，運(yùn)維人員立即對(duì)故障電壓互感器進(jìn)行外觀檢查，油位正常無(wú)滲漏，未發(fā)現(xiàn)明顯放電和其他異常跡象。

24日至26日，運(yùn)維人員多次對(duì)該電壓互感器開(kāi)展紅外測(cè)溫，A、B、C三相分壓電容器溫度分別為49℃、55℃、52℃，電磁單元溫度分別為33℃、35℃、35℃，未發(fā)現(xiàn)明顯發(fā)熱點(diǎn)，電壓和電流監(jiān)測(cè)圖如圖1所示。

圖1 電流和電壓監(jiān)測(cè)圖

通過(guò)圖1可以看出，二次電壓正常值應(yīng)為62V。但B相二次電壓較正常值高10%左右，C相二次電壓略低。

2.2 油色譜試驗(yàn)

27日，試驗(yàn)班對(duì)該電壓互感器三相分別取樣，檢測(cè)特征氣體含量，油色譜試驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表1。

表1 油色譜試驗(yàn)報(bào)告

從表1中可以看出，該電壓互感器特征氣體總烴體積分?jǐn)?shù)比標(biāo)準(zhǔn)值（100mL/L）高，可能存在絕緣損壞情況，需要進(jìn)一步檢查。

2.3 電氣試驗(yàn)

28日，試驗(yàn)班對(duì)該電壓互感器進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目[6]。

1）絕緣電阻試驗(yàn)

使用2 500V電動(dòng)搖表對(duì)故障電壓互感器電容單元和電磁單元分別進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn)[7]，絕緣電阻合格。電容單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表2。電磁單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表3。

表2 電容單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告

表3 電磁單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告

2）介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)

對(duì)于電容型電壓互感器，介質(zhì)損耗角（簡(jiǎn)稱介損角）最直接地反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)。通過(guò)對(duì)高壓電容型設(shè)備介損角的準(zhǔn)確測(cè)量，可監(jiān)測(cè)設(shè)備的絕緣狀態(tài)，了解絕緣設(shè)備在物理和化學(xué)方面的狀態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備絕緣問(wèn)題帶來(lái)的潛在危險(xiǎn)，從而避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生[8]。

對(duì)該電壓互感器電容單元分節(jié)進(jìn)行電容量和介質(zhì)損耗試驗(yàn)：三相介質(zhì)損耗合格，B相上、中兩節(jié)電容量初值差接近2%，C相下節(jié)電容量初值差較大。介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)報(bào)告見(jiàn)表4。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，懷疑該線路B、C相電壓互感器分壓電容單元存在異常，可能是電容屏擊穿引起對(duì)應(yīng)分壓電容單元介質(zhì)損耗及電容量變化，造成二次電壓異常。因此，建議對(duì)該電壓互感器進(jìn)行三相更換。

表4 介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)報(bào)告

2.4 解體檢查

由設(shè)備廠家對(duì)拆除的B相電壓互感器上、中、下節(jié)電容單元，C相電壓互感器下節(jié)電容單元進(jìn)行解體檢查。電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電壓互感器結(jié)構(gòu)

解體發(fā)現(xiàn)，該故障電壓互感器上、下節(jié)電容單元各由86片電容極板組成，中節(jié)電容單元由于試驗(yàn)合格未進(jìn)行解體，無(wú)法統(tǒng)計(jì)具體電容極板片數(shù)（假設(shè)為86片）。

電容分壓器由高壓電容1和中壓電容2串聯(lián)組成，其中高壓電容1由上節(jié)電容86片、中節(jié)電容86片（假設(shè)86片）、下節(jié)電容68片（上部分68片）電容極板串聯(lián)組成，共計(jì)240片；中壓電容2由18片（下節(jié)電容的剩余18片）電容極板串聯(lián)組成，電容極板以聚丙烯薄膜為介質(zhì)與鋁箔卷壓而成。膜紙絕緣結(jié)構(gòu)是油浸式電壓互感器內(nèi)部絕緣的主要組成部分，直接、有效地診斷出電壓互感器膜紙絕緣狀態(tài)對(duì)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義[9]。絕緣材料表面粗糙度作為反映材料表面狀態(tài)的重要參數(shù)，與材料的真空沿面閃絡(luò)特性有著密切的聯(lián)系[10]。

1）B相上節(jié)擊穿

B相上節(jié)發(fā)現(xiàn)1處明顯擊穿點(diǎn)（上節(jié)自上向下數(shù)第34片）如圖3所示，86個(gè)電容極板中發(fā)現(xiàn)22個(gè)極板電容量異常。

圖3 B相擊穿點(diǎn)

2）C相下節(jié)擊穿

C相下節(jié)發(fā)現(xiàn)兩處明顯擊穿點(diǎn)（從上往下數(shù)1第28片，2第9片）如圖4所示，下節(jié)共有86個(gè)電容單元，其中上部分68個(gè)極板屬于高壓電容1，下部分18個(gè)極板屬于中壓電容2。解體發(fā)現(xiàn)1、2各有一個(gè)擊穿電容單元，如圖4所示。

圖4 C相擊穿點(diǎn)

3 結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查、油化、電氣試驗(yàn)及解體檢查，可以確認(rèn)故障原因?yàn)樵撾妷夯ジ衅麟娙輪卧^緣老化，在運(yùn)行電壓長(zhǎng)期作用下，電容單元絕緣性能逐漸下降，導(dǎo)致局部發(fā)生電容層間擊穿，并最終造成線路二次電壓異常。針對(duì)故障原因，提出如下防范措施：

1）設(shè)備廠家應(yīng)加強(qiáng)電壓互感器制造過(guò)程的管控，特別是改善電容極板的選擇與卷壓、安裝工藝。

2）運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電壓互感器的巡視，特別是運(yùn)行超過(guò)20年的電壓互感器，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常數(shù)據(jù)時(shí)，及時(shí)上報(bào)。

3）檢修人員應(yīng)關(guān)注該廠同型號(hào)、同批次的電壓互感器，根據(jù)檢修、預(yù)試計(jì)劃進(jìn)行排查統(tǒng)計(jì)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理，排除安全隱患。

4）對(duì)于運(yùn)行超15年的備用空載線路的電壓互感器，建議考慮在斷路器處并聯(lián)合閘電阻，以降低空載合閘過(guò)電壓。合閘電阻一般約為幾百歐姆，合閘過(guò)程中，先投入合閘電阻，10ms后電阻退出，然后合上斷路器，分閘操作與此相反。這樣可以減少老舊電壓互感器發(fā)生損壞的概率。

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Analysis of abnormal line voltage caused by damage of 330kV voltage transformer

QUAN Meng ZOU Miao HOU Yawei LIU Hang

(State Grid Xianyang Power Supply Company, Xianyang, Shaanxi 712000)

Voltage transformer is an important substation equipment, which is used to measure line voltage, power and electric energy, so as to ensure the safe and reliable operation of the power grid. This paper introduces a fault of 330kV line voltage transformer damage leading to abnormal line voltage, and puts forward corresponding preventive measures according to the fault causes, which provides reference for avoiding similar abnormal voltage fault in other substations to improve the safety and reliability of power grid operation.

voltage transformer; abnormal voltage; precautionary measures; no-load closing over- voltage

2021-03-18

2021-04-21

權(quán) 蒙（1989—），男，陜西省咸陽(yáng)市人，碩士，工程師，主要從事變電站一次充油線圈類設(shè)備的驗(yàn)收、檢修與故障分析工作。