110 kV電容式電壓互感器紅外測溫異常分析及處理方案

110kV電容式電壓互感器紅外測溫異常分析及處理方案姚勇;杜科;楊凌瀏華毅李科江【摘要】對重慶110kV高家坪變電站110kV母線電容式電壓互感器(CVT)紅外測溫異常原因進(jìn)行分析，確定了導(dǎo)致該CVT紅外測溫異常的原因，并針對該問題采取相應(yīng)的處理方案加以解決，同時明確了電容式電壓互感器日常檢修維護(hù)中的注意事項(xiàng).【期刊名稱】《重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報》【年(卷)，期】2019(024)001【總頁數(shù)】5頁(P9-12,15)【關(guān)鍵詞】電容式電壓互感器;紅外測溫;諧振阻尼器【作者】姚勇;杜科;楊凌瀏華毅李科江【作者單位】國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電公司，重慶400015;國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電公司，重慶400015;國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電公司，重慶400015;國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電公司，重慶400015;國網(wǎng)重慶市電力公司市區(qū)供電公旬重慶400015【正文語種】中文【中圖分類】TM451.22014年7月，國網(wǎng)重慶市區(qū)供電公司變電運(yùn)檢室電氣試驗(yàn)班對110kV高家坪變電站設(shè)備進(jìn)行紅外精確測溫時發(fā)現(xiàn)，110kV1#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(diǎn)區(qū)域溫度達(dá)到72°C,其余A、C兩相CVT對應(yīng)部位的溫度約51°C。設(shè)備的紅外圖譜及相關(guān)信息如圖1和表1所示。圖1110kV1#母線B相CVT紅外圖譜表1紅外測溫信息測試時間環(huán)境參照體溫度/C設(shè)備型號輻射率風(fēng)速/(m/s)2014-07-1744FLIRT6300.950.4由表1可知，環(huán)境參照體溫度為44C,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S=(72-51)/(72-44)x100%=75%，根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》(DL/T664—2008)附錄A中的診斷依據(jù)，判斷110kV高家坪變電站110kV1#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110kV1#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)pL/L相別H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C1+C2A33522230756.475.3234.52096.32B20595010136128.6818.9135.310108.2.8C33529225756.165.3135.28096.75根據(jù)國家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》(Q/GDW1168—2013)可知，110kV電壓互感器油中溶解氣體分析的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：乙炔(C2H2)<2pL/L(注意值)，氫氣(H2)<150pL/L(注意值)，總烴(C1+C2)<100pL/L(注意值)。對照表2中的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，A、C相CVT密封油箱中的絕緣油色譜分析結(jié)果正常，未達(dá)到注意值；B相CVT密封油箱中絕緣油色譜分析結(jié)果顯示氫氣(H2)的濃度明顯超過注意值，總烴(C1+C2)遠(yuǎn)超過注意值，乙炔(C2H2)正常，同時一氧化碳(。0)、二氧化碳(CO2)的含量明顯高于A、C相，氣體組分呈現(xiàn)出總烴高、CO和CO2含量高、C2H2正常的特點(diǎn)，可判斷其密閉油箱中存在金屬過熱并涉及固體絕緣，且固體絕緣已發(fā)生熱解。下面用特征氣體的三比值法進(jìn)一步判斷故障類型［1］。根據(jù)三比值法的編碼規(guī)則，得到根據(jù)故障類型判斷方法可知，B相CVT密封油箱中存在高溫過熱(>700°C)。綜合紅外測溫分析及油色譜分析可知，在110kV1#母線B相電容式電壓互感器密封油箱內(nèi)部確實(shí)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(yàn)分析。1故障原因分析1.1設(shè)備基本情況110kV1#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(jī)械制造公司；型號：二次電壓比：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。圖2110kVCVT結(jié)構(gòu)原理圖在圖2中，C1是主電容，C2是分壓電容，L是補(bǔ)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(yùn)行時應(yīng)將圖中的S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(bǔ)償電抗器L及阻尼器Z均安裝在油箱中［2］。以下通過各項(xiàng)試驗(yàn)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)繞組及端子AJXax繞組afxf繞組絕緣電阻/MQlO0008000100001000010000根據(jù)國家電網(wǎng)公司《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)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(yùn)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(yàn)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)繞組A/mQB/mQC/mQ平均值/mQA/%ax69.0368.2469.5268.931.86afxf122.1120.4121.1121.21.40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。1.4C1和C2的介質(zhì)損耗因數(shù)tgS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(yàn)數(shù)據(jù)見表5。表5介損測試數(shù)據(jù)試驗(yàn)時間C1/pFC2/pFC總/pFtg81/%tg82/%2014.7.261286049270101980.1450.1442013.1.221271048590100750.110.116初值差S(%)1.181.401.22--由表5可知，電容分壓器中的C1和C2的介質(zhì)損耗因數(shù)tgS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(yàn)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(yàn)因未找到B相CVT中間變壓器的空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)，故采用橫向比較法進(jìn)行判斷，進(jìn)行空載試驗(yàn)前必須將S端子與X端子斷開，X端子接地，空載試驗(yàn)時應(yīng)從二次繞組ax或afxf施加合適電壓，控制8端子的懸浮電位不超過2500V。中間變壓器TV的空載試驗(yàn)分為以下4個步驟。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)1A相B相C相Uax/VIax/AUax/VIax/AUax/VIax/A57.40.38457.40.43557.40.429ax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)2A相B相C相Uax/VIax/AUax/VIax/AUax/VIax/A57.41.16557.411.5757.41.439afxf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)3A相B相C相Uafxf/VIafxf/AUafxf/VIafxf/AUafxf/VIafxf/A1000.2241000.2491000.260afxf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)4A相B相C相Uafxf/VIafxf/AUafxf/VIafxf/AUafxf/VIafxf/A1000.7921007.71000.960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(diǎn)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=100V，f=50Hz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。查閱資料及咨詢廠家技術(shù)人員后得知，西安電力機(jī)械制造公司（現(xiàn)中國西電集團(tuán)公司）1994年生產(chǎn)的型的電容式電壓互感器的阻尼器采用的是諧振型阻尼器。該類阻尼器的結(jié)構(gòu)原理圖見圖3。表10各相阻尼器阻抗值A(chǔ)相B相C相Uz/VIz/AZz/QUz/VIz/AZz/QUz/VIz/AZz/Q1000.568176.11007.45113.41000.7142.9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=100V,f=fn=50Hz的正常運(yùn)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(yùn)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(diǎn)，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250pF,允許偏差小于±5%),其試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表11。(a)(b)圖4阻尼器的電容器與電感間的實(shí)際連線情況表11電容量測試數(shù)據(jù)U/VI/AC/pF8/%806.72267.57.01008.43268.47.4由表11中數(shù)據(jù)可知，電容器的實(shí)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40V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，110kV高家坪變電站110kV1#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(yùn)行中接觸點(diǎn)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(yùn)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110kV高家坪變電站110kV1#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(yùn)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(yùn)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(yùn)行時達(dá)到并聯(lián)諧振狀態(tài)，這項(xiàng)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(yùn)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(yàn)規(guī)程》中電容式電壓互感器設(shè)備的停電例行試驗(yàn)項(xiàng)目未涉及對其阻尼裝置的檢查，故難以通過停電例行試驗(yàn)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(yùn)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(yùn)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(jì)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(yùn)行已成為檢修運(yùn)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(yàn)項(xiàng)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(yùn)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)