一起220kV电容式电压互感器三相电压不平衡的故障分析

《电气开关》（２０１３．Ｎｏ．３）　８３　文章编号：１００４—２８９Ｘ（２０１３）０３—００８３—０３　一起２２０ｋＶ电容式电压互感器三相电压　不平衡的故障分析　徐文　（广东电网公司珠海供电局，广东　珠海５１９０００）　摘要：电容式电压互感器是电网运行中不可或缺的重要设备，其主要是由电容分压器和电磁单元两部分组成。　由于它结构简单且可兼具多种设备的功能，近几年，在电力系统中得到广泛应用。但由于厂家工艺、产品本身问　题等原因，电容式电压互感器发生的故障也不少，就一起电容式电压互感器三相电压不平衡故障进行分析。　关键词：电容式电压互感器；电容量；分压电容　中图分类号：ＴＭ４５　文献标识码：Ｂ　Ｆａｕｌｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ　Ｕｎｂａｌａｎｃｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　２２０ｋＶ　Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｎ　（Ｚｈｕｈａｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｇｒｉｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｚｈｕｈａｉ　５　１　９０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ａｒｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｐｏｗｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｉｎｌｙ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｄｉｖｉｄｅｒ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｙｎｅｔｉｃ　ｕｎｉｔ．Ｂｅｃｕｕｓｅ　ｉｔｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｓｉｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｍａｎｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｙ　ａｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｅｔｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍａｎｙ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｉｔｓｅｌｆ，ｌｏｔｓ　ｏｆ　ｆａｕｌｔｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃａｐｕｃｉｔｉｖｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｏｆｔｅｎ　ＯＣＣＵｒｓ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｕｎｂａｌａｎｃｅ　ｆａｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｐａｃｉｔｏｒ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｖｏｌｔａｇｅ－ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　１　引言　此时２２０ｋＶ　Ｉ母、ＩＩ母并联运行，母差保护屏显示的Ｉ、　ＩＩ段母线二次电压如表１所示。　电容式电压互感器是一种由电容分压器和电磁单　表１　２２０ｋＶ　Ｉ、ＩＩ母ＴＶ母差保护屏显示二次侧电压　元组成的电压互感器。其设计和内部接线使电磁单元　的二次电压实质上与施加到电容分压器上的一次电压　成正比，且在连接方法正确时其相位差接近于零。本　文将结合我局产生的一起电容式电压互感器三相电压　不平衡故障为例，从多个角度寻找原因，最后解决了问　初步判断为２２０ｋＶ　Ｉ段母线电压互感器Ａ相故障　题，并提出了相关经验总结。　造成Ｉ母三相电压不平衡。接到反映的情况后，检修　２故障现象　部门立即派人员联系厂家了解该电压互感器内部具体　构造，并组织技术人员到现场对该电压互感器进行诊　型号ＴＹＤ２２０／ｆ３－一０．０１Ｈ的电容式电压互感器　断』生试验，并查找异常原因。　是由西安电力电容器厂生产的产品。我局某２２０ｋＶ　变电站２２０ｋＶ　Ｉ母ＴＶ使用该型号产品，出厂日期为　３　设备结构　２００２年６月，投产日期为２００３年１２月。２０１２年３月　电容式电压互感器由电容分压器和电磁装置两部　１１日，监控反映其二次侧电压不平衡，其中Ａ相偏低，　分组成。电容分压器部分由耦合电容器和分压电容器　叠装而成。电容器的瓷外套内装有用薄膜与电容器纸　复合材料为介质的多个相串联的电容器元件，并以绝　缘油进行真空浸渍。电容器为全密封结构，各电容器　之间用螺栓连接。电磁装置由中间变压器、补偿电抗　器和阻尼器等组成，密封于充油钢制箱体内，此箱体也　作为分压电容器底座。（见图１、２）　Ｎ　Ｘ　图１　电容式电压互感器结构简图　图２电容式电压互感器设备外观图　其中Ｃ１１由８０个电容单元串联而成，Ｃ１２由５５　个电容单元串联而成，Ｃ２由２５个电容单元串联而成，　通过电容分压，再将高压由中间变压器Ｔ转为二次侧　低压输出，供保护计量使用，其中１ａ一１ｎ、２ａ一２ｎ为计　量端子，ｄａ—ｄｎ为保护端子。　４故障分析　根据设备内部结构，技术人员分析二次侧电压偏　低的可能为两种情况造成：　（１）二次侧绕组匝间短路，导致中间变压器变比　增大，使二次电压偏低；　《电气开关＞（２０１３．Ｎｏ．３）　（２）分压电容ｃ２电容单元被击穿，导致ｃ２电容　量增大，使ｃ２分得的电压降低，最终使得二次电压降　低。厂家和技术人员到达现场后，首先在２２０ｋＶ场地　Ｉ母ＴＶ端子箱处对Ｉ母ＴＶ计量和保护的二次端子进　行了电压测量。数据如表２所示。　表２　２２０ｋＶ　Ｉ母ＴＶ场地端子箱测得二次侧电压　由数据可知，Ａ相电压互感器供保护与计量用的　二次电压同时降低，且降低幅度相同，因为互感器保护　与计量二次绕组同时发生相同匝数的匝间短路的概率　极低，所以可以基本排除二次绕组匝间短路造成电压　降低的情况。随后技术人员采用正接法将Ａ相ＴＶ分　为上下两节进行了电容量的测量，与２００７年进行的预　防性试验数据进行比较，电容量无明显变化，数据如表　３所示：　表３　Ａ相电压互感器上、下电容器电容量的测试数据　为了进一步查找原因，技术人员采用ＣＶＴ自激法　对下节分压电容器的Ｃ１２和Ｃ２两个分压电容器进行　了车辆，测量了两个分压电容的电容量，并与出厂值进　行比较，发现Ｃ２的电容量有明显的变化，增幅达　４．０１％，如表４所示。　表４采用自激法测得Ｃ１２、Ｃ２电容量　由厂家资料得知，Ｃ２是由２５个相似的电容单元　串联而成，如果其中一个电容单元被击穿，ｃ２电容量　的增幅应为４％，与测试所得结果相符。　根据Ｃ１１、Ｃ１２和ｃ２的电容量初值便可算出，在　正常状态下Ｃ２两端的电压应为电压互感器承受总电　压的１５．８％；当Ｃ２电容量发生变化后，Ｃ２两端的电　压变为总电压的１５．４％；在中间变压器不发生故障的　情况下，Ｃ２两端电压的变化量应与二次电压的变化量　相符合，计算得知１５．４％／１５．８％＝０．９７５，而５７．９／　５９．４：０．９７５，两者的变化量完全吻合。所以，ｃ２的电　（下转第８８页）　８８　《电气开关》（２０１３．Ｎｏ．３）　故障处理办法：由于变压器仍在运行中，因此采取　将发热较严重的螺栓进行外跨接短路环（扁铁）的办　法，以增加螺栓的散热面并起到较好的分流效果，另将　其他与法兰接触状况较差的螺栓清脏，并涂抹增加导　电性和防氧化性的电力脂重新紧固，处理后效果良好。　３．３　油浸电气设备缺油故障的诊断　态，所以红外热像技术有着一定的局限性，如果能寻找　出电气设备内部温度与表面温度的关系，将红外测温　技术与其他测温技术结合起来，红外热像技术将会更　好地诊断电气设备存在的缺陷和事故隐患，为电气设　备的安全运行发挥更大的作用。　参考文献　［１］　胡世征，申兴忠．红外热像技术在河北电网中的应用［Ｊ］．激光与　许多油浸高压电气设备，会因漏油而造成缺油或　者假油位。由于油面上下介质热物性参数差异较大，　在设备外表可产生与油位对应的明显梯度，因此，缺油　红外，１９９６，２６（２）：１０７—１１１．　［２］　陈衡，侯善敬．电力设备故障红外诊断［Ｍ］．北京：中国电力出版　故障也可以应用红外方法检测和诊断。　３．４电力机械故障的诊断　发电机、电动机以及其他各种电力机械因轴承振　动或润滑冷却油量不足，或因安装调整不好，轴承受力　不正常，引起的轴承磨损过热；直流电动机换向器因表　面脏污或磨损变形引起的高温过热故障；发电机碳刷　因励磁电流过大、碳刷压力太大及碳刷材质不良等原　因引起的碳刷高温过热故障等，均可应用红外方法做　出诊断。　４　电力设备故障红外诊断的局限性　任何一种检测技术与诊断方法都不会是万能的，　红外热像技术也不例外。红外状态检测与故障诊断是　以对设备表面进行红外扫描测温为基础的，又因为红　外辐射在固体中的穿透能力极其微弱（对金属导体的　穿透厚度只有１　ｍ数量级，对于大多数非导电材料的　穿透度也小于１ｍｍ），所以，对于大型复杂电力设备内　部故障的某些故障，假如其故障发热功率太小，或因故　障部位距设备表面太远，由于热量的横向传递，使故障　发热不能在设备表面产生明显的特征性响应；或者因　设备内部的热交换过程特别复杂，致使内部的故障发　热也无法在设备表面形成特征性热场分布。在这种情　况下，红外方法就能难从设备外部检测到内部的运行　状态，因此也就难以准确地进行故障诊断。　５结束语　大量的实践证明，红外热像诊断技术对电力生产　是十分必要的。它能配合其他的试验方法准确地找到　设备的故障点，也能判定许多故障类型，从而有效地降　低了维修费用，保证了电力系统的安全稳定运行，大幅　度减少电气设备的突发性故障，是开展电气设备状态　检修的必要手段之一。但是由于红外辐射的穿透力微　弱，红外方法就能难从设备外部检测到内部的运行状　社，２００２．　［３］ＤＬ／Ｔ６６４—２００８，带电设备红外诊断应用规范［ｓ］．　［４］　Ｑ／ＨＢＷ１４７０１—２００８，电力设备交接和预防性试验规程［ｓ］．　收稿日期：２０１２—０５—１９　作者筒介：陶霞（１９８０一）女。河北唐山人．汉族．硕士学位．工程师．现从事电力系　统高压试验工作。　（上接第８４页）　容量增大后所导致的结果与Ａ相ＴＶ二次电压偏低的　现状相符，从而也旁证了Ａ相电压偏低的原因应该为　ｃ２串联的２５个电容单元中有一个发生击穿。　５经验总结　（１）电容式电压互感器的电容部分往往由很多个　电容单元串联而成，１１０ｋＶ在８Ｏ个左右，２２０ｋＶ在１６０　个左右，当其中一个电容单元发生击穿时，其整体的总　电容量的变化较小，仅为１％左右，由于试验设备及人　员操作的原因，普通的正接法测电容量，不易发现分压　电容的电容量，可较为灵敏的发现分压电容器电容量　的变化，以便于掌握设备的真实状态。　（２）当击穿的电容单元不是位于分压单元时，因　其串联的电容单元较多，对二次的输出电压影响较小，　互感器可以继续使用；如果击穿的电容单元位于分压　部分时，单个电容击穿即可使得二次输出电压降低　２％～３％，因此，针对这一类故障，可以结合二次电压　的变化来及时发现故障。　参考文献　［１］　张一尘．高电压技术［Ｍ］．２版，北京：中国电力出版社，２００７．　［２］许艳阳．电设备现场故障与处理［Ｍ］．北京：中国电力出版社，　２００８．　收稿日期：２０１２—１２一ｏ７　作者筒介：徐文，男．助理电气工程师。工学学士。变电检修技师。主要从事变电一　次设备检修专业工作。