(國網(wǎng)重慶市電力公司 市區(qū)供電公司，重慶 400015)

2014年7月，國網(wǎng)重慶市區(qū)供電公司變電運檢室電氣試驗班對110 kV高家坪變電站設(shè)備進(jìn)行紅外精確測溫時發(fā)現(xiàn)，110 kV 1#母線B相電容式電壓互感器(CVT)底部即中間變壓器油箱部位明顯發(fā)熱，熱點區(qū)域溫度達(dá)到72 ℃，其余A、C兩相CVT對應(yīng)部位的溫度約51 ℃。設(shè)備的紅外圖譜及相關(guān)信息如圖1和表1所示。

圖1 110 kV 1#母線B相CVT紅外圖譜

測試時間環(huán)境參照體溫度/℃設(shè)備型號輻射率風(fēng)速/(m/s)2014-07-1744FLIR T6300.950.4

由表1可知，環(huán)境參照體溫度為44 ℃，B相CVT中間變壓器油箱表面溫度與A、C相油箱表面溫度的相對溫差δ=(72-51)/(72-44)×100%=75%，根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》(DL/T 664—2008)附錄A中的診斷依據(jù)，判斷110 kV高家坪變電站110 kV 1#母線B相CVT的密封油箱存在嚴(yán)重的電流致熱型缺陷，同時考慮到油箱表面的溫度遠(yuǎn)低于內(nèi)部發(fā)熱部位的溫度，故懷疑該CVT密封油箱內(nèi)有某組件存在持續(xù)過熱的嚴(yán)重缺陷，并有可能已發(fā)展為故障。

對110 kV 1#母線A、B、C三相CVT的密封油箱中的絕緣油取樣，進(jìn)行油中溶解氣體色譜分析，得到的特征氣體濃度數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 油中溶解氣體色譜分析數(shù)據(jù) μL/L

綜合紅外測溫分析及油色譜分析可知，在110 kV 1#母線B相電容式電壓互感器密封油箱內(nèi)部確實存在高溫過熱故障，故重慶市區(qū)供電公司申請緊急停電，對該CVT故障原因進(jìn)行試驗分析。

1 故障原因分析

1.1 設(shè)備基本情況

110 kV 1#母線B相電容式電壓互感器的銘牌參數(shù)如下。

廠家：西安電力機械制造公司；

生產(chǎn)日期：1994年7月；

出廠編號：94-7-186。

其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

在圖2中，C1是主電容，C2是分壓電容，L是補償電抗器，F(xiàn)是保護(hù)間隙，J是載波裝置，TV是中壓互感器，Z是阻尼器，當(dāng)載波裝置未接入時，電容式電壓互感器運行時應(yīng)將圖中的δ端子與X端子短接后接地。該CVT的結(jié)構(gòu)可分為電容分壓器和電磁單元兩部分，電容分壓器的高壓電容C1和分壓電容C2均由許多電容元件串聯(lián)而成，電磁單元的中間變壓器TV、補償電抗器L及阻尼器Z均安裝在油箱中[2]。以下通過各項試驗分析故障原因。

1.2 絕緣電阻測試

用高壓電子式絕緣電阻測試儀測量各繞組及端子的絕緣電阻，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可判斷該CVT各繞組及端子的絕緣電阻正常，中間變壓器繞組的主絕緣未被破壞。

1.3 直流電阻測試

因投運年限太長，未找到該CVT中間變壓器繞組ax與afxf直流電阻的交接試驗數(shù)據(jù)，故采用橫向比較的方法，用直流電阻測試儀測量A、B、C三相CVT中間變壓器繞組ax與afxf(af與az端子間斷開，阻尼器未接入)的直流電阻，測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 直流電阻測試數(shù)據(jù)

由表4可知，ax繞組的相間差與平均值的相對誤差為1.86%，afxf繞組的相間差與平均值的相對誤差為1.40%，均低于2%。三相間繞組的直流電阻無明顯差異，故判斷B相CVT中間變壓器ax與afxf繞組的直流電阻正常，繞組間應(yīng)不存在匝間短路。

1.4 C1和C2的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ及電容量測試

用全自動介損測試儀采用自激法測量B相CVT的電容分壓器中C1和C2的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量，測試數(shù)據(jù)與上次例行試驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 介損測試數(shù)據(jù)

由表5可知，電容分壓器中的C1和C2的介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ均小于等于0.25%，且未發(fā)生明顯變化，電容量初值差不超過±2%，符合國家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，故該CVT的電容分壓器正常，電容內(nèi)部的電容元件未發(fā)生擊穿或斷線。

1.5 中間變壓器TV的空載試驗

因未找到B相CVT中間變壓器的空載試驗數(shù)據(jù)，故采用橫向比較法進(jìn)行判斷，進(jìn)行空載試驗前必須將δ端子與X端子斷開， X端子接地，空載試驗時應(yīng)從二次繞組ax或afxf施加合適電壓，控制δ端子的懸浮電位不超過2 500 V。中間變壓器TV的空載試驗分為以下4個步驟。

1)ax繞組施加電壓，af端子接地，af端子與az端子斷開，即阻尼器未接入。對A、B、C三相CVT測量Uax和Iax，測試數(shù)據(jù)見表6。

表6 空載測試數(shù)據(jù)1

2)ax繞組施加電壓，af端子接地，af端子與az端子連接，即阻尼器接入。對A、B、C三相CVT測量Uax和Iax，測試數(shù)據(jù)見表7。

表7 空載測試數(shù)2

3)afxf繞組施加電壓，a端子接地，af端子與az端子斷開，即阻尼器未接入。對A、B、C三相CVT測量Uax和Iax，測試數(shù)據(jù)見表8。

表8 空載測試數(shù)3

4)afxf繞組施加電壓，a端子接地，af端子與az端子連接，即阻尼器接入。對A、B、C三相CVT測量Uafxf和Iafxf，測試數(shù)據(jù)見表9。

表9 空載測試數(shù)4

由表6和表8中的數(shù)據(jù)可知，在未接入阻尼器Z時，B相CVT的ax繞組及afxf繞組的空載電流與其余兩相相比無明顯差異，證明B相CVT中間變壓器TV的鐵芯正常，不存在鐵芯多點接地、硅鋼片短路或松動等可能導(dǎo)致空載電流增大的現(xiàn)象。

對比表6和表7，表8和表9中數(shù)據(jù)可知，在接入阻尼器Z后，B相CVT的ax繞組及afxf繞組中的電流與A、C相比顯著增大，是其余兩相的8倍以上，該現(xiàn)象是由阻尼器接入afxf繞組引起的。

由表8和表9可以算出，阻尼器Z兩端電壓UZ=100 V，f=50 Hz時，流經(jīng)阻尼器的阻尼電流Iz及阻尼器的阻抗值Zz，見表10。

表10 各相阻尼器阻抗值

圖3 諧振型阻尼器的結(jié)構(gòu)原理圖

諧振型阻尼器由諧振電抗Lx、諧振電容C和阻尼電阻Rx組成。其物理特征的表現(xiàn)：在工頻情況下，阻尼回路中的電容C和電抗Lx產(chǎn)生并聯(lián)諧振，阻尼回路呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，相當(dāng)于開路，使流經(jīng)電阻Rx的電流極小，發(fā)熱功率也很低；當(dāng)系統(tǒng)中產(chǎn)生次諧波時，電抗Lx和電容C在次諧波頻率下失諧，阻抗降低，阻尼電阻上會流過很大的阻尼電流，阻尼功率也很大，阻尼鐵磁諧振[3-4]。

由表10中數(shù)據(jù)可知，在UZ=100 V，f=fn=50 Hz的正常運行條件下，B相CVT諧振型阻尼器的阻抗值遠(yuǎn)小于A、C相，阻尼器中通過的電流遠(yuǎn)大于A、C相，這表明B相CVT諧振型阻尼器未能正常運行，在工頻情況下阻尼回路的阻抗值遠(yuǎn)小于正常值，阻尼器回路中持續(xù)通過較大電流。

2 解體檢查

在廠家技術(shù)人員的指導(dǎo)下，對該B相CVT進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)阻尼器的電容與電感間的連線松動，接觸不良，如圖4所示。

同時，在絕緣油中發(fā)現(xiàn)多處黑色懸浮物且阻尼器的電容上有多處黑點，懷疑是放電所致。將電容器與其他元件間的連線解開，進(jìn)行進(jìn)一步檢查，用伏安法測試其電容量(出廠設(shè)計值250 μF，允許偏差小于±5%)，其試驗數(shù)據(jù)見表11。

(a)(b)圖4 阻尼器的電容器與電感間的實際連線情況

U/VI/AC/μFδ/%806.72267.57.01008.43268.47.4

由表11中數(shù)據(jù)可知，電容器的實測電容量超出設(shè)計允許的偏差范圍。在進(jìn)行電容量測試的過程中，電容器的極間電壓超過40 V時，內(nèi)部存在明顯的間歇性放電，表明電容器內(nèi)部串并聯(lián)的電容器單元發(fā)生擊穿，同時諧振阻尼器的電阻有明顯的發(fā)熱跡象。

根據(jù)CVT解體檢查結(jié)果可以判斷，110 kV高家坪變電站110 kV 1#母線B相CVT密封油箱中出現(xiàn)高溫過熱故障的原因： CVT中的諧振型阻尼器中的諧振電容C與諧振電抗Lx間的接觸不良，運行中接觸點長期過熱、發(fā)生局部放電，進(jìn)而引起電容器內(nèi)部的串并聯(lián)電容器元件發(fā)生擊穿；在電容擊穿后，諧振電容電容量變化，諧振阻尼器運行中失諧，使阻尼電阻Rx長時間流過大電流，導(dǎo)致油箱內(nèi)部出現(xiàn)高溫過熱。

3 解決方案及預(yù)防措施

解決110 kV高家坪變電站110 kV 1#母線B相CVT油箱內(nèi)部高溫過熱故障的方案有兩個：方案1是對CVT的諧振型阻尼器更換新的諧振電容，方案2是對該CVT整體更換。決定采用方案2，因新諧振電容與出廠時的原諧振電容的電容量存在偏差，可能使正常運行電壓下諧振電容與諧振電抗達(dá)不到諧振狀態(tài)，阻尼回路阻抗偏小，在運行電壓下仍產(chǎn)生較大的電流，故更換諧振電容后必須同時對諧振電抗進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其在正常運行時達(dá)到并聯(lián)諧振狀態(tài)，這項工作技術(shù)難度較大，且現(xiàn)場難以對諧振狀態(tài)進(jìn)行核查?？紤]到該CVT已投入運行達(dá)20年，故決定對該CVT進(jìn)行整體更換。更換后，對其進(jìn)行跟蹤測溫，復(fù)測溫度正常。

國網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》中電容式電壓互感器設(shè)備的停電例行試驗項目未涉及對其阻尼裝置的檢查，故難以通過停電例行試驗發(fā)現(xiàn)CVT的阻尼裝置缺陷。因此，在電容式電壓互感器的運行維護(hù)中，充分發(fā)揮紅外測溫、油色譜分析及超高頻局放檢測等帶電檢測手段，關(guān)注CVT二次電壓變化，對保證電容式電壓互感器的安全可靠運行十分重要，亦能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部電磁單元或阻尼裝置的缺陷，避免發(fā)生設(shè)備事故而造成不良社會影響和經(jīng)濟損失[5]。

4 結(jié)論

隨著CVT在變電站的廣泛應(yīng)用，保證其安全可靠運行已成為檢修運維人員的重要職責(zé)。本文通過對一個電容式電壓互感器紅外測溫異常案例的分析，發(fā)現(xiàn)CVT的停電例行試驗項目在發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷上存在不足，不能完整反映CVT設(shè)備狀態(tài)。此時，紅外測溫、局部放電檢測及油色譜分析等帶電檢測技術(shù)對于監(jiān)視CVT的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷和故障，避免發(fā)生設(shè)備事故有重要意義，運維檢修人員應(yīng)對其加以重視。