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運(yùn)行中的電容式電壓互感器二次失壓故障分析和試驗(yàn)方論文
摘要：針對(duì)電容式電壓互感器的特點(diǎn)，介紹運(yùn)行中的電容式電壓互感器二次失壓后，現(xiàn)場故障的定位分析、綜合判斷和試驗(yàn)方法，故障處理辦法，對(duì)結(jié)構(gòu)和制造工藝提出了減少此類故障的改進(jìn)方案。
關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器 故障分析 處理 改進(jìn)方案
1 引言
電容式電壓互感器由電容分壓器和中間電壓電磁單元組成，可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性等［1］；故近幾年在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的數(shù)量巨大，不僅在變電站線路出口上使用，而且大量應(yīng)用在母線和變壓器出口上代替電磁式電壓互感器。
電容式電壓互感器一般適用于110kV及以上電壓等級(jí)，由于受設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)、工藝水平和原材料等多種因素的限制，投運(yùn)后發(fā)生故障，就會(huì)影響電網(wǎng)安全運(yùn)行；由于運(yùn)行環(huán)境和電壓等級(jí)的影響，特別是500kV的設(shè)備，由于個(gè)頭高大，引線沉重，拆頭電氣試驗(yàn)的難度大；特別是在設(shè)備故障狀態(tài)下，由于受停電范圍的限制，各種電磁干擾嚴(yán)重，通過常規(guī)電氣試驗(yàn)方法準(zhǔn)確判斷故障部位就更加困難；本文通過對(duì)一只500kV電容式電壓互感器在運(yùn)行中二次失壓后，在現(xiàn)場對(duì)故障進(jìn)行分析判斷、對(duì)試驗(yàn)方法、現(xiàn)場修復(fù)和改進(jìn)方案的介紹，給出現(xiàn)場遇到電容式電壓互感器類似故障的分析處理方法，以及設(shè)備在不拆頭狀態(tài)下查找故障的試驗(yàn)方法。
2 故障現(xiàn)象
1996年2月山東淄博500kV變電站，500kV線路A相電容式電壓互感器在電網(wǎng)正常運(yùn)行條件下，發(fā)生故障，與之相關(guān)的保護(hù)誤發(fā)信號(hào)，3個(gè)二次電壓線圈全部無電壓輸出。該電容式電壓互感器型號(hào)為TYD500／ -0.005H，1994年7月產(chǎn)品，為了便于故障分析的情況說明和論述，首先給出其結(jié)構(gòu)原理圖如下：
該電容式電壓互感器由4節(jié)瓷套外殼的電容分壓器和安裝在下部油箱的電磁單元兩部分構(gòu)成，其中C11，C12、C13分別安裝在1～3節(jié)瓷套內(nèi)，C14和分壓電容C2共裝在第4節(jié)瓷套內(nèi)；其電容量分別為：C11＝19499pF，C12＝19703 pF，C13＝19868 pF，C14和C2串聯(lián)后的電容量為19636 pF（其中C14＝23856 pF，C2＝116920 pF），油箱電磁單元中變壓器的一次端A在第4節(jié)瓷套內(nèi)，連接在C14和C2之間，3個(gè)二次繞組的接線端子al xl，a2 x2，afxf通過接線盒引出，X端在出線盒接地。
故障發(fā)生后，在運(yùn)行狀態(tài)下，電氣試驗(yàn)人員分別直接對(duì)3個(gè)二次電壓線圈進(jìn)行輸出電壓測量，確認(rèn)電壓輸出為零（正常狀態(tài)分別為 和100V），現(xiàn)場檢查電容式電壓互感器外觀正常也無異音現(xiàn)象。
3 故障原因的判斷分析
由其工作原理可知，分壓電容器C2和油箱電磁單元正常狀態(tài)下，承受的額定電壓為13kV，而整臺(tái)電容式電壓互感器承受的電壓為500/KV;如電磁單元部分對(duì)地短接，不承受13kV的電壓，二次將失去電壓輸出，對(duì)設(shè)備整相承受電壓的能力影響較小。而假設(shè)電容分壓器C11，C12、C13，C14的其中之一存在缺陷，該節(jié)將承受較低的電壓，其它節(jié)承受的電壓升高，會(huì)造成整臺(tái)設(shè)備運(yùn)行異常，有二次電壓輸出但不是正常值，設(shè)備會(huì)有異音發(fā)出或損壞。如果電磁單元的變壓器一次端斷線，電壓將不能正常傳遞，二次失去電壓輸出；若C2的電容量變大，二次電壓輸出且會(huì)降低。由此可見，在電容式電壓互感器能夠承受系統(tǒng)正常電壓的前提下，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以確定二次失去電壓的原因與電容量的變化無關(guān)，第1～3節(jié)瓷套和第4節(jié)瓷套中的C14電容本身正常，故障原因可能為：
（1）電磁單元變壓器一次引線斷線或接地。
（2）分壓電容器C2短路。
�。�3）和電磁單元中變壓器并聯(lián)的氧化鋅避雷器擊穿導(dǎo)通。
�。�4）油箱電磁單元燒壞、進(jìn)水受潮等其它故障。
隨后對(duì)設(shè)備停電，通過電氣試驗(yàn)對(duì)故障原因進(jìn)一步具體分析。
4 電氣試驗(yàn)分析原因
由于設(shè)備高大，引線沉重，周圍設(shè)備全部帶電，拆除引線的難度和危險(xiǎn)性都比較大，故本次試驗(yàn)采用不拆頭的電氣試驗(yàn)方法。
4．1 試驗(yàn)方案1
在電容式電壓互感器上端H點(diǎn)接地狀態(tài)下，從二次線圈al xl反向加壓，在第4節(jié)瓷套上端B處直接測量一次電壓（可用測量變壓器T，電容式分壓器或周圍停電的其它相電容式電壓互感器），試驗(yàn)接線見圖2。
圖2中C11，C12，C13串聯(lián)后的電容量Cla＝1／（1／C11＋1／C12＋1／C13）＝6563pF若在二次線圈al xl上，加Ua1xl＝10V的電壓，在電容式電壓互感器正常狀態(tài)下，B點(diǎn)測的電壓的理論值UB，而原理圖中：
即B點(diǎn)應(yīng)測量到1．77kV的電壓。
但在實(shí)際加壓過程中，電磁單元變壓器二次側(cè)電流急劇上升，試驗(yàn)變壓器過流掉閘，電容式電壓互感器的B點(diǎn)測不到電壓，進(jìn)一步說明分壓電容器C2或油箱電磁單元部分短接，電壓不能反向傳遞。
4．2 試驗(yàn)方案2
從B點(diǎn)加壓進(jìn)行電容量和介質(zhì)損失角的測量，考慮現(xiàn)場的電磁干擾嚴(yán)重，采取故障相和非故障相比較法，由于XL>>Xc故可忽略電磁單元變壓器電感影響，試驗(yàn)接線見圖3。
上述接線在無故障狀態(tài)下，B和E兩點(diǎn)間的電容量為C11、C12、C13串聯(lián)和C2、C14串聯(lián)再并聯(lián)的電容量；理論計(jì)算值C＝Cla＋1／（1／C2＋1／C14）＝26199pF。若A點(diǎn)接地，B和E兩點(diǎn)間的電容量為C11、C12、C13串聯(lián)和C14并聯(lián)的電容量；理論計(jì)算值C＊＝Cla＋C14＝30419pF，顯然C＊應(yīng)該大于C；現(xiàn)場實(shí)際測量的結(jié)果為：
故障相：C＊＝30904 pF，介質(zhì)損失角小于0．1
非故障相：C＝26289 pF，介質(zhì)損失角小于0．1
同樣C＊大于C，得出和理論計(jì)算值相同的結(jié)果，而介質(zhì)損失角正常，進(jìn)一步證實(shí)了電容式電壓互感器無二次電壓輸出，與分壓器電容量的變化及各類斷線無關(guān)，而是由電磁單元變壓器一次接地引起。
5 解體檢查與故障處理
根據(jù)試驗(yàn)分析的結(jié)論和綜合判斷情況，在懷疑電磁單元變壓器一次接地可能由并接的氧化鋅避雷器擊穿導(dǎo)通引起的同時(shí)，準(zhǔn)備好氧化鋅避雷器和一些常規(guī)絕緣材料，將電容式電壓互感器第4節(jié)瓷套和底座油箱單元解體檢查；發(fā)現(xiàn)電磁單元變壓器至分壓電容器之間的聯(lián)結(jié)線因過長而與箱殼碰接，并有明顯的燒傷放電痕跡，分別測量電磁單元變壓器和氧化鋅避雷器的絕緣電阻均在10GΩ以上。隨后將該聯(lián)結(jié)線縮短，并用絕緣材料包扎固定，回裝完畢后，再用試驗(yàn)方案2測量其電容量和介質(zhì)損失角，C＝26371pF，介質(zhì)損失角小于0．1，測量結(jié)果與相鄰非故障相及理論計(jì)算值基本一致，投入運(yùn)行后運(yùn)行正常，該故障點(diǎn)消除。
6結(jié)束語
6．1 由于電容式電壓互感器本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，現(xiàn)行產(chǎn)品電磁單元變壓器的一次聯(lián)結(jié)點(diǎn)在瓷套內(nèi)部，不可拆卸，在預(yù)防性試驗(yàn)和故障分析時(shí)，無法直接對(duì)電磁單元的特性和絕緣狀態(tài)進(jìn)行分析檢測，在對(duì)產(chǎn)品有懷疑時(shí)，可參照上述試驗(yàn)方案對(duì)比分析。
6．2 建議制造廠改變?cè)O(shè)計(jì)，將電磁單元變壓器的一次聯(lián)結(jié)點(diǎn)A點(diǎn)通過小套管引出（目前已有部分產(chǎn)品采用），便于用戶直接測量電磁單元的絕緣電阻、介質(zhì)損失角和電容量等參數(shù)。
6．3 電磁單元變壓器的接地聯(lián)結(jié)點(diǎn)X點(diǎn)是引至二次接線盒接地的，可在試驗(yàn)時(shí)打開接地點(diǎn)，直接測量電磁單元變壓器、氧化鋅避雷器和電容分壓器C2的絕緣性能，同時(shí)X點(diǎn)引出后，運(yùn)行單位可通過X點(diǎn)進(jìn)行在線或帶電測量電容式電壓互感器運(yùn)行過程中的容性泄漏電流。
6．4 安裝在線路上的電容式電壓互感器由于停電檢修困難，故障后的影響面廣，解體檢查修復(fù)的周期相對(duì)較長，建議制造廠加強(qiáng)最下節(jié)瓷套和油箱電磁單元電氣聯(lián)結(jié)部分的絕緣強(qiáng)度，嚴(yán)格設(shè)計(jì)工藝，保持各聯(lián)結(jié)線對(duì)地及器件之間的距離，必要時(shí)由裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線（或進(jìn)行絕緣包扎），嚴(yán)格出廠試驗(yàn)和外協(xié)器件的質(zhì)量把關(guān)，確實(shí)有效地防止類似故障的發(fā)生。
參考資料
�。�1］ GB／T4703－1984《電容式電壓互感器》［S］．
�。�2］ 盛國釗等．1995－1999年電容式電壓互感器的運(yùn)行及故障情況分析［J］．電力設(shè)備，2001，（2）
�。�3］DL／T596－1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》［S］．
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