電壓互感器是變電站的一種重要電氣設(shè)備,它的主要功能是測量線路電壓、功率和電能,以及起到繼電保護(hù)的作用。電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer, CVT)相較于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器,具有制造簡單、價(jià)格低、體積小、抗諧振等優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。CVT主要由高壓、中壓電容分壓器和電磁單元組成。
電壓互感器發(fā)生故障,可能會引起線路電壓異常告警,危及電網(wǎng)安全運(yùn)行,還可能造成計(jì)量精度不夠,引起計(jì)量誤差。為此,本文針對某330kV變電站電壓互感器損壞引起線路電壓異常的情況進(jìn)行分析,從現(xiàn)場檢查、試驗(yàn)檢測、解體分析方面深入分析,確定該CVT因電容極板絕緣老化發(fā)生擊穿造成二次電壓異常,并提出有效的防范措施。
2020年11月24日20:03,某330kV變電站監(jiān)控顯示“PT回路斷線”異常告警信號。運(yùn)維人員檢查發(fā)現(xiàn),某330kV線路B相電壓較正常值高10%左右(顯示二次電壓69V,正常應(yīng)為62V),C相電壓略低(顯示二次電壓60V)。保護(hù)人員立即趕赴現(xiàn)場對B相電壓互感器二次端子進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)保護(hù)、計(jì)量、開口繞組電壓存在同時(shí)增大趨勢,初步分析該電壓互感器可能存在部分電容擊穿情況。
故障設(shè)備基本情況:該電壓互感器為CVT結(jié)構(gòu),型號為TYD2330/ —0.005H,絕緣類型為膜紙絕緣,1997年12月投運(yùn),已穩(wěn)定運(yùn)行22年。2020年11月26日,將該330kV線路電壓互感器停電轉(zhuǎn)檢修;29日9:35,檢修人員對該線路電壓互感器進(jìn)行三相更換,經(jīng)試驗(yàn)、保護(hù)、計(jì)量專業(yè)檢驗(yàn)合格后,于30日12:38順利投運(yùn)。
2.1 外觀檢查、紅外測溫
24日監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常后,運(yùn)維人員立即對故障電壓互感器進(jìn)行外觀檢查,油位正常無滲漏,未發(fā)現(xiàn)明顯放電和其他異常跡象。
24日至26日,運(yùn)維人員多次對該電壓互感器開展紅外測溫,A、B、C三相分壓電容器溫度分別為49℃、55℃、52℃,電磁單元溫度分別為33℃、35℃、35℃,未發(fā)現(xiàn)明顯發(fā)熱點(diǎn),電壓和電流監(jiān)測圖如圖1所示。
圖1 電流和電壓監(jiān)測圖
通過圖1可以看出,二次電壓正常值應(yīng)為62V。但B相二次電壓較正常值高10%左右,C相二次電壓略低。
2.2 油色譜試驗(yàn)
27日,試驗(yàn)班對該電壓互感器三相分別取樣,檢測特征氣體含量,油色譜試驗(yàn)報(bào)告見表1。
表1 油色譜試驗(yàn)報(bào)告
從表1中可以看出,該電壓互感器特征氣體總烴體積分?jǐn)?shù)比標(biāo)準(zhǔn)值(100μL/L)高,可能存在絕緣損壞情況,需要進(jìn)一步檢查。
2.3 電氣試驗(yàn)
28日,試驗(yàn)班對該電壓互感器進(jìn)行以下試驗(yàn)項(xiàng)目。
1)絕緣電阻試驗(yàn)
使用2500V電動(dòng)搖表對故障電壓互感器電容單元和電磁單元分別進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn),絕緣電阻合格。電容單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告見表2。電磁單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告見表3。
表2 電容單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告
表2 電容單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告
表3 電磁單元絕緣電阻試驗(yàn)報(bào)告
2)介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)
對于電容型電壓互感器,介質(zhì)損耗角(簡稱介損角)最直接地反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)。通過對高壓電容型設(shè)備介損角的準(zhǔn)確測量,可監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài),了解絕緣設(shè)備在物理和化學(xué)方面的狀態(tài)變化,及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備絕緣問題帶來的潛在危險(xiǎn),從而避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。
對該電壓互感器電容單元分節(jié)進(jìn)行電容量和介質(zhì)損耗試驗(yàn):三相介質(zhì)損耗合格,B相上、中兩節(jié)電容量初值差接近2%,C相下節(jié)電容量初值差較大。介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)報(bào)告見表4。
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,懷疑該線路B、C相電壓互感器分壓電容單元存在異常,可能是電容屏擊穿引起對應(yīng)分壓電容單元介質(zhì)損耗及電容量變化,造成二次電壓異常。因此,建議對該電壓互感器進(jìn)行三相更換。
表4 介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)報(bào)告
2.4 解體檢查
由設(shè)備廠家對拆除的B相電壓互感器上、中、下節(jié)電容單元,C相電壓互感器下節(jié)電容單元進(jìn)行解體檢查。電壓互感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 電壓互感器結(jié)構(gòu)
解體發(fā)現(xiàn),該故障電壓互感器上、下節(jié)電容單元各由86片電容極板組成,中節(jié)電容單元由于試驗(yàn)合格未進(jìn)行解體,無法統(tǒng)計(jì)具體電容極板片數(shù)(假設(shè)為86片)。
電容分壓器由高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián)組成,其中高壓電容C1由上節(jié)電容86片、中節(jié)電容86片(假設(shè)86片)、下節(jié)電容68片(上部分68片)電容極板串聯(lián)組成,共計(jì)240片;中壓電容C2由18片(下節(jié)電容的剩余18片)電容極板串聯(lián)組成,電容極板以聚丙烯薄膜為介質(zhì)與鋁箔卷壓而成。
膜紙絕緣結(jié)構(gòu)是油浸式電壓互感器內(nèi)部絕緣的主要組成部分,直接、有效地診斷出電壓互感器膜紙絕緣狀態(tài)對電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。絕緣材料表面粗糙度作為反映材料表面狀態(tài)的重要參數(shù),與材料的真空沿面閃絡(luò)特性有著密切的聯(lián)系。
1)B相上節(jié)擊穿
B相上節(jié)發(fā)現(xiàn)1處明顯擊穿點(diǎn)(上節(jié)自上向下數(shù)第34片)如圖3所示,86個(gè)電容極板中發(fā)現(xiàn)22個(gè)極板電容量異常。
圖3 B相擊穿點(diǎn)
2)C相下節(jié)擊穿
C相下節(jié)發(fā)現(xiàn)兩處明顯擊穿點(diǎn)(從上往下數(shù)C1第28片,C2第9片)如圖4所示,下節(jié)共有86個(gè)電容單元,其中上部分68個(gè)極板屬于高壓電容C1,下部分18個(gè)極板屬于中壓電容C2。解體發(fā)現(xiàn)C1、C2各有一個(gè)擊穿電容單元,如圖4所示。
圖4 C相擊穿點(diǎn)
根據(jù)現(xiàn)場外觀檢查、油化、電氣試驗(yàn)及解體檢查,可以確認(rèn)故障原因?yàn)樵撾妷夯ジ衅麟娙輪卧^緣老化,在運(yùn)行電壓長期作用下,電容單元絕緣性能逐漸下降,導(dǎo)致局部發(fā)生電容層間擊穿,并最終造成線路二次電壓異常。針對故障原因,提出如下防范措施:
1)設(shè)備廠家應(yīng)加強(qiáng)電壓互感器制造過程的管控,特別是改善電容極板的選擇與卷壓、安裝工藝。
2)運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)對電壓互感器的巡視,特別是運(yùn)行超過20年的電壓互感器,發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常數(shù)據(jù)時(shí),及時(shí)上報(bào)。
3)檢修人員應(yīng)關(guān)注該廠同型號、同批次的電壓互感器,根據(jù)檢修、預(yù)試計(jì)劃進(jìn)行排查統(tǒng)計(jì),如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理,排除安全隱患。
4)對于運(yùn)行超15年的備用空載線路的電壓互感器,建議考慮在斷路器處并聯(lián)合閘電阻,以降低空載合閘過電壓。合閘電阻一般約為幾百歐姆,合閘過程中,先投入合閘電阻,10ms后電阻退出,然后合上斷路器,分閘操作與此相反。這樣可以減少老舊電壓互感器發(fā)生損壞的概率。
本文編自2021年第10期《電氣技術(shù)》,論文標(biāo)題為“一起330kV電壓互感器損壞引起線路電壓異常分析”,作者為權(quán)蒙、鄒苗 等。