电容式电压互感器(CVT)的故障预防

电容式电压互感器(CVT)的故障预防
摘要：本文结合变电站现有电容式电压互感器在应用中出现的具体问题进行分析，利用红外热成像技术，分析其不足，并提出一些相应的预防措施。

关键词：电容式电压互感器；故障分析；预防
利用红外热成像技术通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断，可以准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷，尽早发现设备的潜在故障，做到早期预防。

应用红外测温成像技术可在远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下检测出设备故障引起的异常。

下面根据某220kv电容式电压互感器的油箱严重发热问题进行分析。

1 220kV电容式电压互感器(CVT)的故障分析
1.1 CVT红外测温的结果与分析
我局在2010年的迎峰度夏实施方案中，要求在度夏前完成重要变电站设备的红外测温工作。

在2O10年3月9日的设备红外测温工作中，发现一个变电站中所采用的220kV电容式电压互感器的油箱严重发热，最高发热点的温度为133℃。

根据我国现行国家标准GB／T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》的有关规定，可以明确判断该缺陷为紧急缺陷，必须立即要求中调将该设备停运，进行进一步检查和分析。

通过红外成像图测得互感器油箱L01及L02的温度变化情况，见图1；油的气相色谱试验数据见表1。

表1变压器油的气相色谱试验数据
对B相，由表1有：
令a：C2H2浓度／C2H2浓度，则a=10.1／2156-0.0047；
令b=CH4浓度／H2浓度，则b=3568／1603=2.22；
令c=C2H4浓度／C2H6浓度，则C=2156／1290=1.67
(1)利用变压器油的气相色谱分析法的三比值法，对B相电压互感器，则有a ＜0.1，1≤b＜3，1≤c＜3，相应编号组合为(0:2:1)，根据GB／T7252—2001中的
故障类型的判别方法，可判断为300～700℃的过热性故障。

分析其原因，可能是由引线夹件螺丝松动或接头焊接不良、涡流引起铜过热、铁芯漏磁、局部短路、层问绝缘不良、铁芯多点接地等原因造成。

(2)利用溶解气体分析解释表分析B相电压互感器，则a＜0.1，b＞1，1＜C ＜4，根据GB／T7252-2001中的故障类型判别方法，可判断故障情况为T2，即300℃＜t～700℃的过热故障。

1.2 CVT的预防性试验
电力设备预防性试验是指对已投入运行的设备按规定的试验条件、试验项目和试验周期所进行的定期检查或试验，以发现运行中的电力设备存在的事故隐患，预防事故的发生或电力设备的损坏。

它是判断电力设备能否投入运行，并保证安全运行的重要措施。

电力设备的预防性试验的各种试验项目，对于反映不同绝缘介质的各种缺陷的特点及灵敏度各有不同，仅根据某一项的试验结果就对设备的运行状况作出评价和判断是比较困难的。

因此，必须综合各项试验结果，进行全面系统的分析比较，并结合各种试验方法的有效性、设备的运行情况及设备的历史情况，才能对被测试设备的缺陷性质作出科学的评判。

根据以上原则，故障后我们对B相电压互感器进行了多项预防性试验。

首先进行了高压试验，其中介损和绝缘电阻均未发现问题；接着进行了二次回路直阻试验，发现B相的二次阻尼绕组直流电阻比另外两相明显偏大，初步判断为二次阻尼绕组故障。

为了进一步明确故障点，对B相电容式电压互感器进行设备解体检查。

当检修人员用扳手拧松电磁单元油箱法兰的几颗螺栓后，刺鼻和刺眼的油气从法兰缝隙朝外喷出，明显感到内部聚有很大压力。

拆完一圈螺栓，用吊车将电容器单元稍微吊离下节油箱。

检修人员用器具把油箱中的油慢慢抽出，当油面低于中压互感器的接线板时，发现剩余绕组的阻尼线圈的接线头与连接线夹短路熔焊断裂。

油箱中的油已经失去了其应有的淡黄色，而变成了像酱油一样的黑褐色。

在往外抽油的过程中，油中不断有气体逸出，油中泛起黑褐色的泡沫。

当油被全部抽完后，测试人员看到了剩余绕组的阻尼线圈和阻尼电阻外面包的白布带已被烧成黑炭质，用手一抠就有渣子掉下来。

油箱内壁沾满了含有炭质的油渍，用手一摸全是黑色。

至此，该电容式电压互感器CVT的故障已经十分清楚，即剩余绕组的阻尼线圈和阻尼电阻有较大的电流持续流过，导致线圈和电阻发热，从而引起电磁单元箱体内部温度升高。

1.3发热原因分析
现行国家标准GB／T4703—2001《电容式电压互感器》关于CVT铁磁谐振的规定如下：在电压为0.8U1N、1.01N和1.2U1N，而负荷实际上为零的情况下，互感器的二次端子短路后又突然消除，其二次电压峰值应在0.5s内恢复到与正常值相差大于10%的电压值，所以要求阻尼器能迅速消除谐振。

对于瞬变响应的要求如下：在额定电压下互感器的高压端子对接地端子发生短路后，二次输出电压应在额定频率的一个周期内衰减到短路前电压峰值的10%以下。

CVT一次侧发生对地短路瞬间，电容器及补偿电抗器贮存的能量需经过负载和变压器回路呈
低频振荡和指数衰减。

由于产品的等效电容量、二次负载、短路相角及阻尼器的性能对瞬变响应有显著影响，因此在产品参数一定的情况下，要求阻尼器的储能越少越好。

根据上述试验和解体分析，导致电容式电压互感器电磁单元箱体内部发热的主要发热点位于剩余绕组的阻尼线圈和阻尼电阻，在运行中阻尼电阻器有较大的电流持续流过，导致线圈和电阻发热，从而引起电磁单元箱体内部温度升高。

导致阻尼器持续动作的原因为外界电压异常升高(如进行电网操作或发生雷击)，瞬间高压损坏阻尼器线圈的匝间或层间绝缘，改变了铁芯速饱的励磁特性，在外界电压恢复正常后，阻尼器仍然有较大的持续电流通过，最后导致阻尼器损坏。

2 CVT互感器的缺陷
电容式电压互感器是电力系统的薄弱环节，除有以上所述变压器油箱易发热、阻尼器损坏等缺点外，在实际运行中，还存在以下问题。

(1)电压互感器造成的闪络问题较严重，在电网电压闪络中占有相当比例。

(2)互感器的非线性激磁作用，可能产生铁磁谐振，出现过电压，危及电气设备。

(3)互感器铁芯在故障状态下的饱和限制了电流互感器、电压互感器的动态响应精度；电容分压器输出端和二次设备间需配置一小互感器，以便达到电气隔离，但也限制了频率响应。

(4)绝缘技术要求复杂，输出功率大，体积大而笨重，成本高。

(5)不能适应电力系统二次侧全面数字化要求。

(6)易受电磁干扰。

3 预防和改进措施
由以上分析可见，电容式电压互感器在应用中存在很多问题，威胁电气设备和人身安全，急需一些预防和改进措施。

为了预防电压互感器在运行时出现的这种问题，根本办法是严格执行《电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点》。

建议通过以下的试验进行检测，及时发现和有效地防止上述故障。

(1)利用红外成像仪，不定期对电容式电压互感器进行红外成像，观测电磁单元内部是否有异常发热迹象。

(2)利用停电预试时，加强对电容式电压互感器中间变压器的检查和维护。

试验中，应测中间变压器绕组直阻和绝缘电阻，并检查阻尼器是否完好；阻尼器的直流电阻测量值，与出厂试验报告上的阻尼器电阻值相比，应无明显变化。

4 结语
通过对产品缺陷检查和分析可以证明，红外检测技术是及时发现电力设备内部缺陷有效的手段。

在今后的工作中，一是加大巡检中红外热像检测的力度，二是加强红外检测人员的培训，提高其技术水平，以便及时发现设备内部存在的重大缺陷隐患，保证电力系统的安全稳定运行。

注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开。