一起35 kV电容式电压互感器二次电压异常升高故障分析

2014-04-12徐长海王静君

电力工程技术 2014年3期

徐长海，王静君

(1.南京供电公司，江苏南京，210000；2.江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103)

电容式电压互感器兼有电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器的功能，主要用于测量、继电保护、同步检测、长距离通信、遥测和监控等。电容式电压互感器在实际应用中不仅具有可靠的阻尼铁磁谐振性能、优良的瞬变响应，而且绝缘性能好、价格便宜，因此近几年在电力系统中得到广泛应用。电容式电压互感器除了在变电站线路出线侧广泛使用外，还代替电磁式电压互感器大量应用在母线侧和变压器出线套管侧。然而受设计制造经验、工艺水平及原材料等因素的限制，电容式电压互感器存在较多的质量问题，在实际运行过程中发生了不少故障。其最常见的故障主要有：中间电压电磁单元的中压端限压避雷器击穿、二次电压异常升高或降低等[1-3]，威胁了电网的安全稳定运行。文中介绍了对1台35 kV电容式电压互感器在运行中出现二次电压升高的分析过程，为类似故障的分析处理提供参考。

1 结构介绍

电容式电压互感器在结构上一般由电容分压器和电磁单元两部分组成。电容分压器包括高压电容器C1（主电容）和中压电容器C2（分压电容），电磁单元包括中间变压器、补偿电抗器、阻尼装置及保护装置等元件，它利用电容分压器将输电电压降到中压（10～20 kV），再经过中间变压器降压到100 V或100V供给计量仪表和继电保护装置[4-6]。电容式电压互感器工作原理可以概括为耦合电容器分压、中间变压器降压、电抗器补偿、阻尼器保护。其接线原理如图1所示。

电容式电压互感器由1组瓷套外壳的电容分压器（包括主电容C1，分压电容C2）以及安装在下部油箱中的电磁单元组成，电容器的芯子由若干元件串联组成，C1、C2的电容量均为20 000 pF左右，电磁单元中间变压器的一次端A在C1与C2的中间抽头处，3组二次绕组的接线端子a1x1、a2x2、anxn从分压器底部的油箱侧面引出到外部。

图1 电容式电压互感器接线原理

2 故障现象

2013年7月19日，某变电站35 kV母线C相电容式电压互感器在电网正常运行条件下发生故障，二次电压显示值偏高。该电容式电压互感器型号为TYD

发现上述异常后，首先对故障现象进行初步判别：由图1可知，二次电压的大小与中间变压器的变比和分压电容的大小有关，从故障现象来看，电容式电压互感器的二次电压仅是升高并未完全失压，因此不可能是电磁单元变压器一次引线断线或接地、分压电容器C2短路等故障所致。由此分析，引起二次电压异常升高的故障原因可能会有以下3个方面：（1）电容单元损坏，引起分压比变化，C1变大或者C2变小；（2）分压电容接地端未接地，引起悬浮电位升高；（3）电磁单元损坏，电压比发生变化。中间变压器一次线圈匝数变小或者测量线圈匝数变大。

3 原因分析

3.1 试验检查

为了查清该电容式电压互感器内部存在的问题，将此间隔的电容式电压互感器退出运行后，首先在现场进行了外观检查和绝缘电阻测量、介质损耗及电容量测量等试验。

3.1.1 外观检查

拆除一次引线后，该电容式电压互感器外观无损伤痕迹，分压电容接地引出端接地良好。

3.1.2 绝缘电阻测量

检测电磁单元二次出线端对地绝缘、绕组间的绝缘性能，A、B、C三相二次出线端的绝缘电阻均大于5000 MΩ，绝缘性能良好。

3.1.3 电容量及介质损耗测量

采用自激法测量主电容C1和分压电容C2以及介损tanδ，检验结果如下表1所示。可见A、B、C三相的电容量、介损tanδ检验数值基本一致，可以判定该电容式电压互感器的电容单元C1、C2及介损正常。

表1 电容量及介损tanδ检测数据

3.1.4 变比检测试验

同样采用自激法，对该电容式电压互感器的二次出线端子（a1x1、anxn）分别进行加压，将一次电压升至额定电压，检查电容式电压互感器的电压比，结果如表2和表3所示。

表2 二次出线a1x1升压试验数据

表3 二次出线anxn升压试验数据

从表2、表3所测的试验数据来看，A、B相的二次电压试验数据一致，C相的二次试验电压偏大60%左右，二次试验电流偏小30%左右。该电容式电压互感器绝缘电阻、电容量、介损tanδ等的试验检测结果可以排除电容单元C1、C2存在故障的可能，因此可以确定该电容式电压互感器的电磁单元存在故障。

另外从二次电压升高、二次电流减小的试验情况来看，初步判断C相的中间变压器存在一次绕组匝间短路现象。

3.2 解体检查

为了进一步分析故障原因，对该电容式电压互感器进行了解体检查。解体前对故障相C相进行了油色谱检测，检测结果如表4所示。

表4 C相油色谱检测数据 μL/L

根据表4的油色谱检测数据，故障相C相的绝缘油中 H2、C2H4、CH4、CO2、C2H6等各种特征气体均已超标。如H2含量为2242 μL/L，远大于规程要求的注意值 150 μL/L；C2H2含量为 800.8+ μL/L，远大于规程要求的注意值1 μL/L。C2H2及H2等特征气体的大量存在，表明故障相在运行过程中发生了电弧放电。通过三比值法分析，H2、C2H4等气体是由于C相的中间变压器存在匝间短路引起油、纸电弧放电，由此产生的高温使绝缘油裂解生成各种特征气体。因此可以判断中间变压器一次绕组存在匝间短路故障。

对中间变压器的二次绕组anxn进行空载试验，发现空载电流的实测值是正常值的2倍,试验数据如表5所示。由此，可以明确肯定这是由于中间变压器的一次绕组存在匝间短路故障，引起二次电压升高。

表5 中间变压器空载试验数据

另外，检查电磁单元内部元器件，发现中间变压器二次绕组a1x1并联的阻尼器电容单元已开路。

3.3 原因分析

根据试验数据的分析和解体检查的情况综合判断，造成中间变压器一次绕组匝间短路的原因是：二次绕组的阻尼器电容单元发生开路，致使阻尼器失去阻尼作用，在运行过程中发生谐振，谐振引起的暂态过电压使得中间变压器一次绕组匝间绝缘击穿烧损。短路电流所产生的热量在短时间内使变压器油分解产生大量的气体。如果故障持续下去，极有可能造成电容式电压互感器的下节油箱油气喷出，或使高压电容C1两端所加电压太高而发生爆炸等极其严重的故障。