35kV电容式电压互感器电磁单元过热原因分析及处理

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1 故障简述

2017年5月3日红外精确测温工作，发现220kV某变电站35kV母线电容式电压互感器（以下简称CVT）电磁单元温度64.4℃，如图1所示。

图1 B相CVT红外分析

现场测试条件：天气：阴，环境温度：22℃，相对湿度40%，测试距离3米。正常相（A、C相）为30℃。超出《DL/T664-2008带电设备红外诊断应用规范》相关要求，判定为存在危急缺陷。其余各相CVT均正常。

CVT型 号 为WVB235-20HF，2002年7月 出 厂，2002年10月30日投运，户内布置，双母线分列运行，母线经消弧线圈接地。为查找设备故障原因，决定对故障设备进行解体检查以便于进一步分析处理。

2 检查处理

2.1 CVT检查试验

2.1.1 外观检查

停运后现场外观检查35kV2号母线B相CVT整体外观良好，油位正常，表面无渗漏油现象，二次接线端子未见烧灼痕迹。

2.1.2 工况核查

核查运维、检修、调控及设备出厂资料等相关记录，自2017年1月起，35kV各出线侧未带负荷，未出现误操作、系统接地等情况。该故障CVT在2017年4月25日正常运行时由1.1Un短时上升至1.9Un（38kV），持续15min后系统电压恢复正常。如图2所示。

图2 故障相CVT过电压波形图

2.1.3 诊断性试验

根据《输变电设备状态检修规程》（Q/GDWG1168-2013）关于CVT的规定，对故障CVT开展诊断性试验项目，以检查设备故障具体原因。CVT电气连接原理图如图1所示。

2.1.4 绝缘试验

通过绝缘检查试验发现，补偿电抗器并联避雷器回路绝缘电阻为0MΩ，测试数据见表1所示。

2.1.5 对CVT电磁单元绝缘油进行气体组分测试

测试结果参照电磁式电压互感器标准判定为内部存在电弧放电缺陷，测试数据见表2所示。

综合诊断性试验结果分析认为，电磁单元内部元件在运行过程中发生电弧放电，补偿电抗器并联避雷器回路存在短路接地故障。

图3 CVT电气连接原理图

图4 中变线圈和调节端子板上微粒沉淀

表1 电磁单元诊断试验数据

2.2 CVT解体检查试验

2.2.1 解体过程

为查找避雷器损坏原因及分析故障具体发展过程，于2017年5月26日对故障CVT进行了解体检查，分离电容分压器和电磁单元发现电容分压器中压套管表面有黄色油雾附着，中间変圧器线圈及调节端子板上有黄色微粒沉淀，砸破避雷器瓷套后发现瓷套内有绝缘油，内壁有电弧灼烧痕迹；拆解阻尼器发现阻尼器电阻丝和速饱和线圈烧损，绝缘材料烧焦炭化。解体写真如图3、图4、图5所示。

2.2.2 检查试验

分离电磁单元内部各组件，对各组件进一步进行检查试验，试验结果如表3所示。

综合检查试验结果及解体情况分析，补偿电抗器并联避雷器绝缘电阻为0MΩ，阻尼器的速饱和电抗线圈的绝缘材料烧焦炭化，导线的绕弯处漆膜与芯体剥离，判断阻尼器应属于热击穿损坏；解剖时避雷器瓷套内部有绝缘油，瓷套内壁有放电痕迹，可以判断电弧放电缺陷应该发生在避雷器部位。

3 综合分析

3.1 故障结论

该CVT运行过程中因扰动产生自谐振过电压，且不能有效、快速消除谐振，速饱和阻尼器只能延长工作时间抑制谐振，而阻尼器工作时间延长导致速饱和线圈和电阻丝发热，使线圈之间绝缘劣化，导致阻尼器性能进一步下降，消除谐振的时间进一步延长，如此恶性循环，最终阻尼器彻底失效；由于阻尼器失效不能消除谐振，补偿电抗器上持续过电压，保护补偿电抗器的避雷器阀片沿面电弧放电，瓷套内部压力升高破坏避雷器瓷套密封，绝缘油浸入瓷套内部。

表2 绝缘油试验结果及分析

图5 避雷器阀片瓷套内放电烧灼痕迹

图6 阻尼器（速饱和电抗及电阻丝烧损，瓷电阻正常）

3.2 原因分析

3.2.1 设计原理

避雷器与补偿电抗器并联，起保护补偿电抗器的作用，同时对抑制铁磁谐振起辅助作用，在系统过电压、CVT发生谐振以及二次过载甚至短路情况下补偿电抗器电压会升高，此时避雷器动作，保护补偿电抗器。

速饱和阻尼器的作用是抑制铁磁谐振，CVT在额定电压下速饱和电抗为高阻抗，通过电阻丝的电流接近为0，而当发生铁磁谐振或一次过电压时二次电压随之升高，速饱和电抗迅速饱和，感抗值降低，通过电阻丝的电流增大，阻尼器开始工作破坏谐振条件，达到消除谐振的作用。

鉴于阻尼器在额定电压时不工作，只有在过电压或铁磁谐振导致二次电压升高时短时投入工作，所以阻尼器按短时工况设计，标准规定35kVCVT在1.9Un的过电压下可以运行8小时，电压如果继续升高，导致阻尼器损坏的时间会急剧缩短，当过电压达到2.1Un时几分钟时间阻尼器就可能损坏，这是速饱和型阻尼器的特性。

表3 内部各组件检查试验结果

图7 速饱和阻尼器结构示意图

图8 厂家采用的速饱和阻尼器结构示意图

图9 优化设计后的速饱和阻尼器

速饱和阻尼器结构如图7所示。

3.2.2 设计核查

核查生产厂家生产2002年7月该批次CVT的设计图纸，厂家在设计时采用将速饱和阻尼器并联在剩余绕组，同时并联一个50Ω的纯电阻的结构，如图8所示。在保证输出误差的情况下增加二次纯电阻负荷，配合速饱和电抗和绕线电阻，以解决速饱和阻尼器不能在0.9～1.1Un情况下有效阻尼CVT内部铁磁谐振的情况。

2010年，该制造厂弃用此结构，同时优化设计，如图9所示。将速饱和阻尼器改接在主绕组，同时取消了50Ω的并联电阻。

3.2.3 总结

厂家采用的阻尼器设计参数为1.9Un时电流2.0～2.5A，可以有效快速消除谐振的作用，而该台CVT由于速饱和阻尼器设计不当、制造工艺不良，导致在长时间运行过程中特性改变，正常运行过程中产生自谐振过电压，损坏速饱和阻尼器，最终导致保护补偿电抗器的避雷器阀片沿面电弧放电。

4 结束语

通过以上分析，总结认为该生产厂家该批次CVT存在设计不当、制造工艺不良的问题，对于在运的CVT应采取有效的防范手段建议如下：

对于CVT的监测最便捷、有效的方法就是红外精确测温，对于同批次的这种运行超过10年的CVT，建议加强监控，红外精确测温周期由1年缩短至3个月，以便及时发现故障苗头，采取应对措施；

加强电力设备监造工作，对工程设备的设计、加工、制造、储运、材料采购、组装和测试等重要形成过程、关键部件的质量控制进行见证、检验和审核，对设备加工进度进行监督，并参与设备加工制造过程的管理;

对该生产厂家进行约谈，分析设备制造及管理存在的问题，提出整改意见；督促该公司开展专项分析活动，杜绝以后发生类似问题。

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