500 kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析

李佳伟，吴 聪，吴聪聪，王 枫

(国网湖北省电力有限公司检修公司,湖北 武汉 430050)

0 引言

近年来，电容式电压互感器由于绝缘结构合理，绝缘强度较高，在110 kV及以上电压等级中得到广泛应用。但是由于电容式电压互感器电磁单元体积相对较小、绝缘距离较小，同时由于电磁单元内部电压较高，导致电容式电压互感器的电磁单元容易发生故障[1]。本文以华中地区某±500 kV换流站电容式电压互感器电磁单元过热故障为案例，利用红外测温、故障录波、油化试验和解体检修相结合的方法来对该电容式电压互感器电磁单元过热的原因进行分析。

1 电容式电压互感器原理

电容式电压互感器由电容分压器和电磁装置两部分叠装组成，电磁装置安装于油箱中，由中压变压器、补偿电抗器、阻尼电抗器等器件组成，主要作用是将中压电压转变为测量及保护用低压电压[2-3]。图1为500 kV电容式电压互感器的电气原理图。在运行中，首先通过电容分压器将运行电压变为A1点电压UA1（一般为13 kV），然后通过中压变压器输出所需要的二次电压[4]，由电容分压原理[5]可知：，U1N为系统运行电压。

图1 中，C1—高压电容；C2—中压电容；U1N—额定一次电压；A1N—中间电压端子（用户需要时引出）；T—中间电压变压器；L—补偿电抗器；P—保护装置；1a1n—主二次1号绕组端子；2a2n—主二次2号绕组端子；dadn—剩余电压绕组端子；XL—补偿电抗器低压端；N—载波通信端子；D—阻尼装置；J—带有避雷器的结合滤波器。

图1 500 kV电容式电压互感器原理图Fig.1 500 kV capacitive voltage transformer schematic

2 故障现象

2017年8月23日17：38，某±500 kV换流站龙斗Ⅱ线两套线路保护异常告警，该站安控装置异常告警，龙斗Ⅱ线C相电压互感器故障告警。监控显示，龙斗Ⅱ线C相电压为65 kV，A、B相电压为。现场检查安控及保护装置，发现两套安控装置显示“龙斗Ⅱ线零序电压异常告警”，电压互感器断线灯亮；龙斗Ⅱ线分相电流差动保护1、2显示“电压互感器断线告警”远，电压互感器断线灯亮。龙斗Ⅱ线电压互感器外观未见异常，端子箱内无异常，电压互感器二次回路小开关合上正常。

现场红外测温发现C相电压互感器底部电磁单元温度为50℃，A、B相电磁单元温度为37℃，跟踪监测发现C相电磁单元温度持续上涨，1 h后升至76.5℃。后续跟踪发现电磁单元温度还在继续升高，缺陷仍在发展。

为防止故障进一步扩大，将龙斗Ⅱ线转检修后进行现场检查，发现龙斗Ⅱ线电压互感器C相外观无渗漏油，油位观察窗显示油位正常，无渗漏油，本体二次接线盒内无进水、受潮，电磁单元本体触摸温度较高。

3 故障分析

为了对这次电压互感器故障进行分析，现场通过分析保护动作情况及故障录波、常规试验和油化试验以及进行解体检修等方法，综合分析此次故障产生的原因。

图2 龙斗Ⅱ线电压互感器C相电磁单元红外测温图Fig 2 Long DouⅡvoltage transformer C-phase electromagnetic unit infrared temperature chart

3.1 保护动作情况及故障录波

龙斗Ⅱ线第一套主保护为分相电流差动保护RCS931GM和远方跳闸及过电压RCS925G，第二套主保护采用分相电流差动保护CSC-103B和远方跳闸及过电压保护CSC-125A。两套保护均出现“电压互感器断线告警”，加之C相互感器电压较低，认为龙斗Ⅱ线C相电压互感器有内部缺陷，输出电压异常，保护装置测量电压小于定值，保护装置报警正确。图3故障录波显示龙斗Ⅱ线电压互感器C相出现测量电压异常，A、B相电压正常，三相电流正常，线路运行正常。综上分析，认为C相电压互感器存在严重的内部缺陷。

图3 故障录波Fig 3 Fault recorder

3.2 常规试验及油化试验

对龙斗Ⅱ线C相电压互感器进行常规试验发现，该电压互感器共有4节，上部3节试验正常，底部带电磁单元二次绕组电阻绝缘测量不合格。对龙斗Ⅱ线三相电压互感器底部电磁单元进行油样试验分析发现，C相各项检测数据均超过注意值，乙炔为 661.6 μL/L，总烃为 5 635.3 μL/L，水分为 520.4 μl/L，表明该电压互感器内部受潮，电磁单元发生内部放电。A、B两相电压互感器电磁单元油样乙炔为0，水分分别为39、35 μL/L，内部没有放电。

3.3 解体检修

通过解体检修发现电磁单元中间变压器铁芯表面、油箱顶盖有明显的水珠。中间变压器高压绕组匝间短路，有明显放电点，高压绕组层间绝缘纸明显碳化。检查电磁单元油箱顶部法兰面，发现法兰与油箱连接的密封圈有明显的挤压痕迹，密封圈表面有铁锈痕迹，临近的螺纹孔锈蚀严重，表明该处密封失效，潮气从此处渗入电磁单元油箱内。

3.4 故障原因分析与判断

通过以上保护动作情况，及故障录波的分析由常规试验、油化试验和解体检修的结果可初步判断出：本次电压互感器故障是由于潮气进入电磁单元油箱后，造成绝缘油绝缘性能下降，中间变压器高压线圈出现匝间短路[6]，导致电压互感器二次输出电压异常，油箱温度急剧上升，与现场检查情况一致。造成电磁单元油箱受潮的原因，则是由于电磁单元顶部法兰密封圈失效。

进一步分析认为，故障电压互感器的电磁单元顶部法兰密封圈失效，是由于厂内安装时存在偏差，密封圈安装未完全对称，存在局部挤压变形，长期运行后因密封圈逐渐老化，密封性能逐渐失效，引起受潮。

4 结语

本文针对电容式电压互感器故障真实案例，通过红外测温、故障录波、油化试验和解体检修等方法，对故障的原因进行了深入分析，通过上文分析得出以下结论：

（1）对电容式电压互感器，由于电磁单元体积较小、绝缘距离较小，且内部电压较高，必须高度重视其防潮问题，防止因受潮而导致绝缘油绝缘能力下降；

（2）在日常运行中，对电容式电压互感器，应加强巡视检查及电磁单元红外精准测温工作；

（3）建议在停电检修期间，对电容式电压互感器上存在锈蚀的螺栓连接部位进行检查并及时更换。此外，还应对电容式电压互感器进行例行试验和相关诊断性试验，以便全面掌握设备运行状况。

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