220 kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析

胡永方，欧阳卓，刘滨升

(国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳414000)

220 kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析

胡永方，欧阳卓，刘滨升

(国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳414000)

文章介绍了电容式电压互感器的结构原理，分析了运行中的220 kV电容式电压互感器电磁单元故障引起的过热现象，提出以红外检测技术为基础，结合停电诊断性试验的方法来进行联合故障诊断，诊断结果准确可靠，并对电容式电压互感器的现场检测和故障诊断提出了建议。

电容式电压互感器；电磁单元；红外检测；诊断试验

由于电容式电压互感器 (以下简称CVT)具有冲击绝缘强度高、体积小、制造简单，并能有效避免铁磁谐振等优点〔1〕，广泛使用在110 kV及以上电压等级的电网中。但由于其设计、结构等原因，导致CVT电磁单元内部空间及各元件间的绝缘距离相对较小，且运行过程中，经常要承受电网的过电压，运行工况较差的影响。此外，目前CVT制造厂家众多，装配工艺参差不齐，部分厂家对原材料质量把关不严，因此，目前CVT的电磁单元故障概率较电容单元明显偏高〔2〕。

1 CVT的工作原理

图1 220 kV电容式电压互感器的电气原理图

CVT总体上可分为电容分压器和电磁单元两大部分。电容分压器由高压电容C1及分压电容C2组成，电磁单元则由中间变压器、补偿电抗器及限压装置、阻尼器等组成。220 kV电容式电压互感器的电压原理图如图1所示。在图1中，C1为高压电容，C2为分压电容，T为中间变压器，L为补偿电抗器，Z为阻尼装置，S为保护间隙，a，x为主二次绕组，af，xf为辅助二次绕组。补偿电抗器L用来补偿容抗压降随二次负荷变化对CVT准确级的影响。阻尼器Z用于阻尼CVT内部可能出现的铁磁谐振，这是因为CVT的电容分压器、带铁芯的补偿电抗器和中间变压器，构成了电容和非线性电感的串联回路，在一定条件下会产生铁磁谐振。

目前阻尼器主要有速饱和电抗型和谐振型两种类型。速饱和电抗型阻尼装置是靠铁芯的快速饱和将电阻快速接入电容式电压互感器回路，在工频条件下，电抗器的阻抗很大，通过阻尼器的电流很小，通常只有几十毫安，其功耗和储能均很小；而当发生铁磁谐振时，电抗器的电感急剧减小，将电阻迅速接入谐振回路，来吸收谐振能量，其具有良好的暂态响应〔3〕。谐振型阻尼装置是由电阻、电感和电容经串并联构成，在工频状态下，电感和电容组成并联谐振回路，整个阻尼装置等效阻抗为无穷大，相当于不接入；而发生分频谐振时，电感、电容的谐振回路被破坏，阻尼器作为一个有效阻抗接入，来抑制谐振，但其暂态响应不够好〔4〕。

2 故障案例

2.1 故障简况

2014年11月 18日，发现220 kV某变电站220 kV出线A相CVT电磁单元有异常发热现象，随后对该CVT开展红外精确测温。

环境条件为温度21℃，湿度55%RH，天气为晴朗，红外检测图谱如图2所示。

图2 某CVT电磁单元红外检测图谱

红外精确测温显示，该CVT电磁单元确有发热现象，测量最高温度为68.4℃，为综合致热型缺陷。图像特征为以整体温升偏高，且中上部温度大〔5〕。查阅历史报告，该CVT为1995年西安电力机械制造有限公司生产，型号:

2.2 诊断试验与解体检查

停电更换该相CVT，并对其进行缺陷诊断试验并解体检查。对该相CVT进行外观及油箱油位检查，无明显放电痕迹，油箱油位正常。

2.2.1 诊断试验情况

1)电容单元介损及电容量测量 (使用仪器: PH2801)，介损及电容量数据见表1所示，与初始值 (2013年11月测试)比较，电容量初值差在合格范围内，小于标准要求值 (±2%)。与 《输变电设备状态检修试验规程》比较，介损数据小于标准值 (0.25%)，介损及电容量测试结果合格。

表1 介损及电容量数据

2)电磁单元绝缘电阻测试，电磁单元绝缘电阻测试数据见表2所示，绝缘电阻测试数据合格，表明电磁单元一、二次绕组主绝缘良好。

表2 电磁单元绝缘电阻测试数据 MΩ

3)绕组直流电阻测试，在阻尼装置拆除前后测试绕组直流电阻，测试数据见表3所示，绕组直流电阻测试数据合格，说明绕组不存在断路、短路现象。

表3 绕组直流电阻测试数据 Ω

4)在阻尼装置拆除前后测试变比，测试数据见表4所示，测试结果表明阻尼装置对变比测试结果影响较大，不带阻尼装置的测试结果与实际值接近，带阻尼装置的测试结果与实际值相差较大。所以，初步怀疑阻尼装置存在缺陷。

表4 绕组变比测试数据

5)电磁单元的空载试验，选择二次绕组端子af.xf加压，分别在阻尼装置拆除前后两种情况下开展空载试验。试验数据见表5—6所示。

表5 空载数据 (带阻尼装置)

表6 空载数据 (不带阻尼装置)

空载试验发现，阻尼装置对测试结果影响显著。带阻尼空载加压时，空载电流上升很快，空载损耗急剧增加，如空载电压为50 V时，空载电流为4.31 A，损耗达到了215.91 W。不带阻尼加压时，电流上升平缓，同样电压50 V时，空载电流为0.093 A，损耗仅为2.987 W。所以，可以进一步怀疑阻尼装置存在缺陷，导致带阻尼空载试验时，数据异常。

6)铁芯励磁特性测试，选择二次绕组端子a.x加压，在阻尼装置拆除后测试铁芯励磁特性曲线如图3所示，拐点电压71.07 V，电流0.298 4 A。拐点电压偏低，约为额定工作电压的1.25倍，铁芯质量尚可，不会造成正常工作电压下的发热缺陷。

图3 CVT的励磁特性曲线

通过以上试验结果，可以判断为是由于阻尼装置损坏导致该CVT电磁单元的过热故障。为了进一步确定原因，找到发热点，决定对电磁单元解体检查。

2.2.2 解体检查情况

放油完毕之后，首先对电磁单元各部分元件进行外观检查。检查结果发现阻尼电阻有严重烧焦痕迹 (如图4所示)，其余元件外观无异常。元件进行电气参数测试，见表7所示。

表7 阻尼装置中元件参数测试

结果表明阻尼电阻值和电感值数据正常，而电容器的电容量无法测出，电容器已被完全击穿而形成导通。

图4 阻尼电阻安装位置及烧焦情况

3 故障原因分析

该阻尼器属于谐振型阻尼装置，由一个电感和电容并联后与一个电阻串联而成，原理图如图5所示。在正常工作状态 (工频)下电感和电容处于并联谐振状态，并联支路相当于开路状态，阻尼电阻R不接入；而当系统发生操作过电压时，电流中的分频或高频分量增加，导致阻尼装置回路中电感、电容的并联谐振条件被破坏，电阻 R接入，抑制谐振。

图5 阻尼装置Z原理结构

通过对故障CVT进行诊断试验和解体检查，相互印证，综合判断，得出本次CVT电磁单元异常发热的根本原因是由于阻尼装置中的电容器在长期工作电压或内部过电压下被完全击穿，导致工频谐振条件被破坏，阻尼电阻在工作电压下长期接入引起发热。

4 结语

1)CVT电磁单元异常发热是由于阻尼装置中的电容单元在长期工作电压或内部过电压下被完全击穿，导致工频谐振条件被破坏。阻尼电阻在工作电压下长期接入，流过较大电流引起阻尼电阻发热，热量扩散导致整个电磁单元油箱出现过热。

2)由电阻过流造成油箱发热的缺陷具有温升高且温度上升快的特点，利用红外热像检测能够准确、及时地发现。同时，对于老旧CVT，应结合季节性专业化巡检，进行精确测温，尤其是带有谐振型阻尼装置的电磁单元，应有详细档案记录，巡检时重点关注，及时发现设备缺陷。

3)红外热像检测技术能够有效地发现CVT电磁单元的发热缺陷。在进行红外检测时应对发热部位进行纵横向比较，避免漏判和错判。

〔1〕韩芳，迟殿林.TVC在运行中出现的几个故障实例 〔J〕.东北电力技术，2002，23(8):40-42.

〔2〕姜炯挺，刘鹏，夏巧群，等.对一起电容式电压互感器过热故障的综合判断 〔J〕.供用电，2012，29(6):63-66.

〔3〕王德忠，王季梅.电容式电压互感器速饱和电抗型阻尼器的研究 〔J〕.上电科技情报，1999(3):43.

〔4〕张霁.电容式电压互感器的特点及存在问题 〔J〕.江苏电机工程，2000，19(1):35-36.

〔5〕带电设备红外诊断应用规范:DL/T664—2008〔S〕.北京:中国电力出版社，2008.

〔6〕李长庆，敬江彬，赵春捷，等.浅谈红外诊断技术在变电站电力设备中的应有 〔J〕.黑龙江电力，2008，30(2): 139-142.

〔7〕梁静，吴冬文.35 kV电容式电压互感器电磁单元发热故障分析 〔J〕.江西电力，2013，37(2):65-68.

Analysis on an overheat fault of electromagnetic unit of 220 kV capacitive voltage transformer

HU Yongfang，OUYANG Zhuo，LIU Binsheng

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Yueyang Power Supply Company，Yueyang 414000，China)

The structure principles of capacitive voltage transformer(CVT)are introcluced and the overheating phenomena caused by internal fault of electromagnetic unit are analyzed in the paper.Based on infrared detection technology，a method combined with the power failure diagnostic test is proposed to diagnose the fault accurately and reliably.Finally some proposals on field detection and faults diagnosis of CVT are presented.

capacitive voltage transformer(CVT)；electromagnetic unit；infrared detection technology；diagnostic test

TM451.2

B

1008-0198(2016)04-0073-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.04.019

胡永方(1984)，男，硕士研究生，工程师，从事过电压及电气试验方面的工作。

2015-12-10 改回日期:2016-03-07

欧阳卓(1987)，男，硕士研究生，工程师，从事过电压及电气试验方面的工作。

刘滨升(1987)，男，硕士研究生，从事过电压及电气试验方面的工作。