500 kV電容式電壓互感器介質損耗異常分析及處理

饒 蕾，劉國建，韓尊占，何 強，熊 舟

(中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133)

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器和中間變壓器等電磁單元組成，在電力系統高電壓等級中有著廣泛應用。其主要作用是通過串聯電容器分壓，再經電磁式互感器和隔離，將高電壓按比例關系變換成100 V或更低等級的標準二次電壓，供保護、計量、儀表裝置取用[1]。

耗角正切值(簡稱介損)和電容量測試是CVT的檢修試驗項目之一，由此可以靈敏的發現絕緣劣化、受潮及電容元件擊穿等運行缺陷[2]?！峨娏υO備預防性試驗規程》中規定：對于20 kV以上的電容式電壓互感器每1～3年對其絕緣電阻及介質損耗、電容介損進行測量[3]。

本文通過對某電廠某線路B相電容式電壓互感器預防性試驗中上節電容介損超標的情況討論其原因的分析過程以及提出相應的處理意見[4]，所得試驗數據真實可靠。該電站500 kV出線電容式電壓互感器(CVT)型號為TYD500/√3-0.005 H，其高壓側額定電壓為500/√3。

1 電壓互感器原理

圖1所示為電容式電壓互感器電路圖。

圖1 電容式電壓互感器電路圖

CVT主要由電容分壓器、電磁裝置和保護裝置等組成[1]，其中，電容分壓器由高壓電容器C1(主電容器)和串聯電容器C2(分壓電容器)組成。C1由圖1中3個電容C11、C12、C13組成，分壓電容器C2的作用是進行電容分壓。分壓電容器經過電磁式電壓互感器將分壓電容器上的電壓降低至所需的二次電壓值。某電廠共裝設17條500 kV出線，每條出線均設有500 kV電容式電壓互感器。其作用主要用于采集線路電壓及波形等信息量用于保護和測量使用。電容式電壓互感器中各分壓電容器的電容及介質損耗的測量可反映出該電容是否有臟污、受潮或電容元件是否擊穿等絕緣缺陷。

2 試驗原理

tanδ被稱為介質損耗角的正切，它是交流電壓下電介質中的有功分量和無功分量的比值，是一個無量綱的數，反應的是電介質內單位體積中能量損耗的大小[2]。介質在交流電壓作用下絕緣的等值電路和相量圖如圖2所示。

圖2 CVT上端電容介損測量等值電路圖和相量圖

CVT上端電容介損測量采用正接法，正接線法適用于被測試品兩端對地絕緣，高壓直接加在被測試品兩端。CVT上端電容介損測量原理圖見圖3[4]。

圖3 正接法原理

在試驗時，接線端接在CVT的一次接線端(端子板)，信號端接CVT上節與中節導體連接部分，構成測量回路。

3 試驗及其結果分析

3.1 試驗過程

某電廠進行某線路B相電容式電壓互感器預防性試驗時，環境溫度18℃，濕度50%，在測量B相CVT上節電容及介損時，出線介損超標的現象。圖4為試驗流程圖。

圖4 試驗流程

在檢查測量電氣回路完整，試驗線均已懸空，即試驗方法及操作過程均正確后，正接法測量CVT上節介損超標。具體試驗數據如表1所示。

表1 B相CVT上節電容及介損測量試驗數據

依據DL/T596-2011《電力設備預防性試驗規程》中第12章12.2.1中對電容式電壓互感器的電容分壓器試驗標準膜紙電容的介損注意值為0.2%，DL/T393《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定10 kV下介損注意值為0.25%。第一次測量結果不合格。

為確保試驗方法及干擾對試驗數據影響，嘗試通過不同的測量方法[5]。試驗過程及方法。

1)嘗試從上下兩端及換線、換儀器、加屏蔽線的方式進行試驗，結果表2所示。

表2 不同測量方法下的電容及介損

2)正接法從上節上端加壓，中節上端取信號，嘗試在不同電壓下的介損值及電容值如表3所示。

表3 不同電壓下的介損值及電容值

通過不同試驗方法下試驗數據可見，試驗結果均不滿足國標要求。

3.2 原因分析

tanδ的測量與介質的溫度、濕度、內部有無氣泡、缺陷部分體積大小等有關系[3]。為排除溫度、濕度影響，分別在環境溫度16℃，濕度70%)和環境溫度18℃，濕度50%兩種情況下均對其進行試驗，試驗結果無差別。

現場對CVT本體檢查，發現CVT一次接線端螺栓銹蝕，圖5所示螺栓銹蝕。由CVT上節電容結構圖(圖6)中可看，CVT的一次接線端與高壓電容法蘭通過圖5中的金屬板連接在一起，金屬板與一次接線端通過圖5中4個螺栓連接在電容法蘭上，由于CVT安裝在戶外，金具頭與電容上端法蘭接觸面長期被雨水浸漬導致生銹，試驗過程中該處的接觸電阻(設為R1)變大。

圖5 CVT一次接線端螺栓銹蝕

圖6 CVT上節結構示意圖

圖7 等值電路圖

圖8 相量圖

嘗試改變接線方式，將上端加壓位置引至上蓋，如圖9所示，將因螺栓銹蝕部分接觸電阻踢除試驗電路中，試驗結果合格[6]。測量值如表4所示。

圖9 優化后接線方式

表4 B相CVT上節電容及介損測量試驗數據

由此可見，B相CVT上節介損不合格是由CVT上端螺栓生銹，加壓端接觸電阻變大引起的。

原理上，該處一次接線端與電容法蘭間電壓差為零。由試驗數據可見，螺栓銹蝕對電容量的測量暫無影響。建議縮短試驗周期及在下輪檢修中將銹蝕元件進行更換。

4 結 語

本文通過CVT預防性試驗發現CVT上節電容介損大，分析原因，發現加壓端銹蝕引起該處的接觸電阻較大，從而引起介損測量值的偏差。戶外設備的環境因對設備的介質損耗因數測量影響較大，在對容性試品試驗時，加壓端由于銹蝕、臟污或涂層存在會導致接觸電阻較大，影響被試品介損和電容量的測量結果的準確性，甚至會影響到對設備性能、狀態的判斷。因此，試驗時，在對容性試品進行介損及電容量測試時，應盡可能的保證測試回路接觸良好、可靠，保證測量回路的完整性，排除環境因素的影響。