电容式电压互感器电磁单元发热分析

尚国良，李 娜

（1.国网山东省电力公司检修公司，济南 250118；2.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276003）

电容式电压互感器电磁单元发热分析

尚国良1，李 娜2

（1.国网山东省电力公司检修公司，济南 250118；2.国网山东省电力公司临沂供电公司，山东 临沂 276003）

由红外测温仪发现一起电容式电压互感器电磁单元发热故障，随后对该互感器电磁单元进行解体检查。通过对中间变压器空载试验以及阻尼回路阻尼电流的测量，确认阻尼回路的谐振电容故障是导致电磁单元发热的根源。提出电容式电压互感器红外巡视方案以及异常的排查方法，方便及时发现电容式电压互感器发热故障隐患。

电容式电压互感器 ；电磁单元发热；阻尼器；谐振电容器

0 引言

电容式电压互感器（CVT）作为重要的输变电设备，与电磁式电压互感器相比，不仅可防止出现因互感器铁芯饱和而引起的铁磁谐振，还具有经济和安全上的优势［1-2］。系统过电压和运行年限往往造成电压互感器二次阻尼元器件的劣化、损坏，从而导致电压互感器异常发热，影响设备健康运行［3］。对运行设备进行红外测温诊断可以有效发现设备发热故障，评估设备运行状态。红外测温诊断是保障电网设备安全运行的重要手段。

2015年5月，500 kV沂蒙变电站运维人员通过红外测温发现1台35 kV电容式电压互感器存在发热故障，初步判断为CVT电磁单元存在故障。随后对其更换处理，避免了一次因设备发热故障导致设备停电的事故。

1 设备故障的发现

2015年5月，巡检机器人在日常巡视中发现35 kV 4号母线电容式电压互感器B相电磁单元温度异常。随后运维人员进行了精确测温，发现B相电磁单元油箱温度高达30.3℃，而A、C两相仅为22.5℃，并发现且B相二次电压比同组的A、C相升高约3 V。

图1为该组CVT三相的红外热像图。从图中可看到三相电容单元温度基本一致，且与平时巡视温度无差异，初步排除电容单元本体异常；而三相电磁单元油箱温差达8 K，远超过DL／T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》电压致热型设备诊断判据中“电压互感器温差不超过2～3 K”的要求，初步判断B相CVT电磁单元内部存在故障。

图1 互感器红外测温图谱

停电后，对B相电容式电压互感器进行了准确度测量。分别在 0.8Un、1.0Un、1.2Un下，通过1a1n线圈测试产品准确度。1a1n绕组容量为50 VA，准确度为0.2 S，轻载时按2.5 VA接入负荷。测试数据如表1、表2所示，表1为接入阻尼器时的测试数据，表2为未接入阻尼器时的测试数据。

通过对比试验数据与标准要求，可以看出正常接入阻尼器时，0.8Un及1.0Un下其准确度符合标准要求，但1.2Un下比差增长较大。不接入阻尼器时，3个测试电压下误差均符合要求。由此可判断，电容单元、中间变压器一次绕组及补偿电抗器匝间绝缘均无异常，阻尼回路可能存在问题。

该CVT电磁单元内部结构原理如图2所示，其中AT为电磁单元一次线圈高压端子（与电容单元抽头连接端子），L为补偿电抗器，谐振电容器Cx和谐振电抗器 Lx组成并联谐振回路，再和阻尼电阻 R串联组成谐振型阻尼器。正常运行时，阻尼回路通过短接二次端子盒内的d1、d2端子接入。

图2 电磁单元结构原理

当阻尼回路电感、电容故障导致并联谐振失谐时，中间变压器流过较大电流，引起温度异常升高。为保证电网安全运行，将该CVT进行了更换，并对该CVT进行解体检查。

2 解体检查

2.1 电容单元检查

对电容单元进行了介质损耗因数（以下简称介损）及电容量试验。测试结果如表3所示。从测试结果可以看出电容单元电容量及介损均在正常范围内，判断电容单元无异常。

2.2 电磁单元检查试验

对解体后的电磁单元进行空载、阻尼电流等试验［4］。首先对中间变压器二次绕组 dadn施加工频电压，在 1.0Un、1.2Un分别测量空载电流及损耗，测试结果见表4。从测试结果可以看出空载电流及损耗值均在正常范围内，判断中间变压器无匝间击穿及短路缺陷。

表1 准确度测试数据（接入阻尼器）

表2 准确度测试数据（未接阻尼器）

表3 电容分压器电容、介损测量

表4 变压器空载电流及损耗

对阻尼回路电流值进行测量。如图3所示，打开d1、d2之间的连接片，将da、dn短接，给 d1、d2之间施加100 V工频电压测试阻尼电流。

图3 阻尼电流测试接线

测试过程中，在加压至40 V时，阻尼电流便达到1 780 mA，超过“100 V下小于1 A（厂家设备技术要求）”的要求。因此初步判断阻尼回路损坏。由于仪器容量输出限制，未能加压至100 V。

图4 电磁单元解体

用电容表测量阻尼回路中谐振电容器的电容值，测得电容量80 μF，远小于（200±10%）μF的要求值（厂家设备技术要求），判断谐振电容损坏。谐振电容器在电磁装置中的位置如图4所示。

3 故障分析及措施

3.1 故障分析

本次故障CVT采用谐振型阻尼器，并接在额定电压为 100 V的剩余电压绕组dadn上。谐振电容Cx和电感 Lx在工频下调至并联谐振状态，此时回路阻抗很高，只有很小的电流流过阻尼电阻。当系统出现暂态过程或CVT二次短路消除时，由于中间变压器铁心饱和将可能产生铁磁谐振，铁磁谐振频率一般为1／3、1／5或1／7次分频谐波［5］。在铁磁谐振过程中，由于频率发生变化，阻尼回路的并联谐振条件破坏，阻抗下降，二次电流剧增，瞬时在阻尼电阻上消耗很大功率，导致CVT电磁单元部分温度升高。

此次故障CVT谐振电容器采用自愈式电容器，这种电容器在有放电击穿时，会依靠击穿能量蒸发击穿点周围的金属极板涂层，快速恢复绝缘，但电容量会减小。当击穿点较多或击穿面积较大时，电容量减小较多，其自恢复绝缘能力降低，会加速内部介质的击穿直至电容器短路。如果谐振电容器外壳密封不好，电磁装置中的绝缘油进入谐振电容器，引起电容器内部金属极板脱落，绝缘性能降低，也会导致谐振电容器电容量降低甚至击穿。由于谐振电容器电容量减小，谐振阻尼器失谐，阻尼回路电流大幅增大，导致一次绕组电流大幅增加，中间变压器产热严重，造成其发热明显高于其他相。

3.2 措施

在日常巡视中，定期用红外测温仪测量电磁单元温升的变化，同组互感器温度相差应不超过2℃。如果有设备温度超出其他设备温度2℃，则须对该设备二次电压进行监测，如果二次电压异常，则可能是谐振回路故障引起电磁装置发热，须对谐振回路进行维修。

对二次电压进行监测，同组互感器三相电压不平衡率应不超过1%。如果三相不平衡电压超过1%，则有可能是中间变压器一次绕组发生匝间击穿，须尽快对该设备进行更换。如果继续运行，则会引起击穿面积增大，最终导致二次失压，影响运行安全。

对电磁单元存在缺陷怀疑时，可按图3所示接线方法测量阻尼器回路的阻尼电流。若在100 V电压下，阻尼电流不大于1 A，则阻尼回路正常，否则谐振回路器件存在问题，应重点关注谐振电容器。

4 结语

当互感器阻尼回路中谐振电容器损坏时，会引起辅助绕组dadn及一次绕组电流增大，如不及时处理，会造成中间变压器绕组发热、绝缘老化、匝间击穿。一旦匝间短路则电流将会继续增大，变压器绕组无法承受发热量，最终造成整个中间变压器烧毁，二次失压。

通过与设备厂家沟通，从故障出现到整个中间变压器烧毁大概为1～3个月。如果红外检测到位，会有足够的时间发现缺陷，避免设备烧毁事故发生。根据所介绍的红外热像巡视方案及预防性试验方法，可以提前发现设备隐患，保证设备及电网的安全。

［1］马朝华.电容式电压互感器暂态特性研究［D］.郑州：郑州大学，2007.

［2］GB 4703—2001电容式电压互感器［S］.

［3］刘潇.110 kV电容式电压互感器电磁单元发热分析［J］.技术与市场，2014，21（12）：63-65.

［4］孙波.无分压抽头电容式电压互感器（CVT）的整体试验［J］.安徽电力，2006，3（4）：38-40.

Electromagnetic Unit Heating Analysis of Capacitor Voltage Transformers

SHANG Guoliang1，LI Na2
（1.State Grid Shandong Electric Power Maintenance Company，Jinan 250118，China；2.State Grid Linyi Power Supply Company，Linyi 276003，China）

An electromagnetic unit heating fault of a capacitor voltage transformer（CVT）is monitored by the infrared temperature measuring instrument.Subsequently，the electromagnetic unit of the mutual inductor is disintegrated to check.By the no-load test of the intermediate transformer and the damping current test of the damping circuit，it is confirmed that the resonant capacitor failure of the damping circuit is the reason of the heating of the electromagnetic unit.The infrared inspection scheme of CVT and the investigation method of the abnormity are put forward，by which CVT heating fault can be found convenient and timely.

CVT；electromagnetic unit heating；damper；resonant capacitor

TM451

：B

：1007－9904（2017）04－0074－03

2016-12-17

尚国良（1989），男，从事变电站设备检修工作；

李 娜（1988），女，从事变电站设备检修工作。