童 濤， 徐碧川， 袁思凡， 萬 華， 李唐兵， 劉玉婷

(國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 南昌 330000)

0 引 言

電壓互感器是電力系統(tǒng)重要的測量和保護設(shè)備[1-5]，主要分為電磁式和電容式，其中電容式電壓互感器應(yīng)用較為廣泛，在我國220 kV及以上高電壓等級使用率達超過90%[6-10]。

CVT具有耐電強度高，絕緣裕度大，運行可靠，調(diào)差精度高等優(yōu)勢[11-16]，同時避免了傳統(tǒng)電磁式電壓互感器鐵磁諧振的問題[17]。CVT由電容單元和電磁單元構(gòu)成，常見故障有：電磁單元絕緣變壓器內(nèi)部擊穿、二次側(cè)失壓；電容單元開裂、受潮；電容單元與電磁單元不匹配等[18-22]。

掌握CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并分析其現(xiàn)場故障成因，對設(shè)備診斷、故障預(yù)防、標(biāo)準(zhǔn)制度起到重要作用[23-28]。本研究介紹一起CVT二次繞組電壓異常事故，該事故中CVT故障現(xiàn)象與故障實際位置有所差異，給排查過程帶來一定波折，也為CVT的故障分析和診斷性試驗提供一定經(jīng)驗。

1 CVT電壓異常及故障排查

1.1 故障概況

某220 kV變電站220 kV母線送電2 min時，該母線C相CVT二次電壓異常偏低(后臺顯示A相60 V，B相60 V，C相40 V)。該間隔CVT型號：TYD220/√3-0.01H，投運時間5年。送電前進行了進行電容量、介損等例行試驗，試驗結(jié)果合格。

1.2 故障位置確定

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)母線C相CVT所連隔離開關(guān)合閘到位，不存在虛接情況，電壓互感器端子箱內(nèi)保護、計量繞組及接地?zé)o異常。轉(zhuǎn)檢修后，分別使用自激、反接法對該CVT開展電容量、介損試驗，與送電前例行試驗結(jié)果無明顯差異，試驗結(jié)果見表1、表2。

表1 送電前電壓異常相(C相)CVT試驗數(shù)據(jù)Table 1 Test data of CVT of abnormal voltage phase (phase C) before power transmission

表2 故障后電壓異常相(C相)CVT試驗數(shù)據(jù)Table 2 Test data of abnormal voltage phase (C phase) CVT after failure

對C相CVT開展變比和二次繞組絕緣電阻試驗，試驗結(jié)果合格，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 母線C相CVT變比、絕緣電阻試驗數(shù)據(jù)Table 3 Transformation ratio and insulation resistance test data of C-phase busbar CVT

對C相電壓互感器電磁單元絕緣油進行色譜分析，試驗結(jié)果合格，數(shù)據(jù)見表4。

表4 母線C相CVT本體絕緣油色譜分析Table 4 Chromatographic analysis of insulating oil of C-phase busbar CVT

在帶上二次線的情況下，對電壓互感器C相一次端施加130.9 kV工作電壓，發(fā)現(xiàn)繞組二次電壓值異常偏低。解開da-dn繞組二次線后，繞組二次電壓值恢復(fù)正常。一次端子施加工作電壓后各繞組電壓值見表5。

表5 一次端子施加工作電壓后各繞組電壓值Table 5 The voltage value of each winding after the working voltage is applied to the primary terminal

對C相da-dn繞組至匯控柜引出電纜進一步檢查，步驟如下：

1)三相電壓互感器的da-dn繞組首尾相連，見圖1，在匯控柜內(nèi)解開A相da以及C相dn，對da-dn繞組串聯(lián)回路進行絕緣電阻測試，發(fā)現(xiàn)絕緣阻值為0.1 Ω，即回路存在接地。

圖1 二次側(cè)開口三角繞組接線圖

2)解開電壓互感器A、B、C三相da-dn繞組連線，分別測量三相da-dn繞組對地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)B相da-dn繞組對地絕緣為0，A、C相正常。

3)解開電壓互感器B相二次接線板上的二次接線，測量da-dn繞組對地絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為0，說明B相da-dn繞組內(nèi)部對地導(dǎo)通。

同一個繁體字，在不同的簡化字排印版古籍中，形體不固定，或繁或簡,甚至在同一書中繁簡二體往往互見。在《三國演義》中，這種現(xiàn)象時有出現(xiàn)，舉要臚列如下：

4)對B相電壓互感器的其余3個二次繞組進行絕緣電阻測試，阻值均在1.6 GΩ以上，其余二次繞組回路無異常。

初步判斷故障位置位于B相CVT二次繞組，da-dn繞組對地擊穿。對A、B兩相電磁單元取油樣進行色譜檢測，發(fā)現(xiàn)B相電壓互感器油中乙炔4.81 μL·L-1，三比值法編碼為101，結(jié)果為內(nèi)部有電弧放電，數(shù)據(jù)見表6。

表6 母線B相CVT油色譜檢測結(jié)果Table 6 Busbar phase B CVT oil chromatographic test results

2 檢查情況

2.1 CVT解體檢查

根據(jù)試驗和排查情況，現(xiàn)場對B相電壓互感器進行解體檢查。拆下分壓電容器底部法蘭螺栓，將分壓電容器吊起，檢查分壓電容器底部抽頭及瓷套表面未見明顯異常，見圖2。

圖2 故障CVT電容單元Fig.2 Capacitor unit of faulty CVT

打開電壓互感器電磁單元箱蓋，排出絕緣油后，檢查電磁單元內(nèi)部接線排、中間變壓器、補償電抗器、避雷器等設(shè)備，未見明顯異常，見圖3。

圖3 故障CVT電磁單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.3 The internal structure of the electromagnetic unit of the faulty CVT

解開電壓互感器二次接線板各二次繞組接線端子的二次接線，測量da、dn端子對地絕緣，絕緣電阻為0；進一步解開X端子(中間變壓器一次繞組末端)的接地線，再次測量da、dn端子對地絕緣，絕緣電阻為60 GΩ；測量da、dn端子對X端子絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣電阻為0。判斷da-dn二次繞組與中間變壓器一次繞組發(fā)生絕緣擊穿，CVT結(jié)構(gòu)和故障原理圖見圖4。

圖4 CVT結(jié)構(gòu)原理和故障位置圖Fig.4 CVT structure principle and fault location diagram

為了進一步確定故障點，解開電磁單元內(nèi)部端子排da、dn及X端子上的二次引線，再次測量二次接線板da、dn端子與X端子之間的絕緣電阻，測量結(jié)果合格。測量內(nèi)部接線排da、dn端子與X端子之間的絕緣，絕緣電阻為零，故可確認二次接線板及其引線絕緣良好，判斷放電點位于繞組內(nèi)部。

2.2 電磁單元解體檢查

為進一步確定故障原因，對故障的B相CVT電磁單元進行返廠解體分析。CVT電磁單元主要由中間變壓器、二次端子排、接地屏蔽等結(jié)構(gòu)組成，見圖5。da-dn繞組與金屬屏蔽層貼近，金屬屏蔽層將da-dn繞組與一次繞組隔開，高壓繞組末端X端子與金屬屏蔽層相連。結(jié)合電壓互感器正常運行時內(nèi)部“da-dn繞組——絕緣——金屬屏蔽層——X端子——接地”的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場絕緣電阻測試情況，初步判斷da-dn繞組與金屬屏蔽層之間絕緣受到破壞。

圖5 電磁單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.5 The internal structure of the electromagnetic unit

將中間變壓器的一、二次繞組取出，剝開金屬屏蔽層與一次繞組間用于絕緣的電纜紙，露出金屬屏蔽層，繞組及金屬屏蔽層見圖6。

圖6 中間變內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.6 The internal structure of the intermediate transformer

圖7 放電位置Fig.7 Discharge position

在設(shè)計圖紙中輔助繞組與金屬屏蔽層之間應(yīng)包扎絕緣用電纜紙，現(xiàn)場解體檢查未發(fā)現(xiàn)絕緣紙，與設(shè)計圖紙不符。

3 原因分析

3.1 C相CVT電壓異常原因

該母線CVT二次側(cè)da-dn繞組為開口三角連接，B相電壓互感器的da-dn繞組通過金屬屏蔽層與一次繞組末端接地，見圖8。由于C相da端子與B相dn端子連接，同時C相dn端子接地運行，造成C相da-dn二次繞組短路，導(dǎo)致開口三角電壓異常，同時引起C相其余二次繞組電壓降低。

圖8 故障示意圖Fig.8 Failure diagram

B相開口三角繞組尾端接地，對于A、B相的影響相當(dāng)于開口繞組尾端兩點接地，并不會形成回路，因此不會造成PT過載，不會影響PT變比，A、B相電壓正常。

現(xiàn)場試驗不規(guī)范，在測量電壓互感器二次繞組對地絕緣時，解開了X端子與地的連接片，導(dǎo)致常規(guī)試驗未及時發(fā)現(xiàn)二次繞組對屏蔽筒的絕緣薄弱問題。

3.2 B相CVT故障原因

中間變壓器線圈在生產(chǎn)過程中，未按照設(shè)計圖紙要求在da-dn繞組和低壓靜電屏之間卷繞電纜紙絕緣層是B相電壓互感器da-dn繞組通過金屬屏蔽層與一次繞組末端接地的主要原因。

漆包線在運輸或生產(chǎn)過程中絕緣層磨損，耐壓能力降低，在停電例行試驗測量da-dn繞組對X絕緣時，測量儀器輸出的高壓使da-dn繞組和靜電屏間絕緣受到損傷，在投運后絕緣損傷擴大，da-dn繞組和靜電屏間發(fā)生擊穿。

4 結(jié) 論

根據(jù)上述分析情況，本次CVT故障主要由于電磁單元制造缺陷造成的。由于電磁單元內(nèi)中間變壓器金屬屏蔽層與二次側(cè)da-dn輔助繞組間未加裝絕緣電纜紙，造成二次電纜通過金屬屏蔽層對地放電。由于停電前的例行試驗操作不規(guī)范，未通過絕緣電阻試驗及時發(fā)現(xiàn)該絕緣薄弱問題[29-30]。同時此次CVT故障現(xiàn)象與故障實際位置有所差異，對故障的查找?guī)硪欢ǖ睦щy。

為保障CVT安全穩(wěn)定運行，提出以下建議：

1)梳理同型號電壓互感器的運行情況，對同批次產(chǎn)品安排停電測量一、二次繞組間及對地的絕緣情況，及時發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱問題設(shè)備。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[31-33]，在停電檢修期，使用2 500 V兆歐表對同型號期間電容式電壓互感器中間變壓器的二次繞組間及其對地進行耐壓試驗。同時在耐壓前后使用1 000 V兆歐表測量二次繞組間及其對地絕緣電阻，根據(jù)絕緣電阻的變化情況，判斷是否存在絕緣缺陷。

2)規(guī)范電壓互感器二次繞組絕緣電阻測試試驗，測量過程中對測量端子加壓，所有非測量端子須全部接地[34-36]。

3)嚴(yán)格設(shè)備選型招標(biāo)，加大新設(shè)備投運的驗收力度，對于關(guān)鍵質(zhì)量工藝安排人員進行全過程技術(shù)監(jiān)督[37]。