500kV电容式电压互感器电磁单元试验研究.pdf

第 l 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 l l 期) 电力 安 全 技 术 5 0 0 k V电容式电压互感器电磁单元 试验研究 邓 威，毛碴 蜀 ( 广东电网公司中山供电局，广东 中山 5 2 8 4 0 0 ) 摘要介绍了5 0 0 k V电 容式电 压互感器的结构原理，分析了电 磁单元常见的异常及故障现 象，提出了电 磁单元的绝缘电阻试验方法以及介质损耗因数( t a n 5 ) 和电容量的试验方法。最后，对 5 0 0 k V 电容式电压互感器的交接验收及运行维护提 出了几点建议。 关键词 电容式电压互感器；电磁 单元 ；中间 变压器；绝缘检 测 0 弓I 言 电容式电压互感器 ( C V T ) 因具有结构简单、 耐绝缘冲击强度高、抗铁磁谐振l生能好等优点，在 l 1 0 k V及 以上 电力系统 中得到了广泛应用。然而， 由于受材料、设计、工艺的影响，C V T在运行中 仍暴露出不少问题，严重时甚至可能发生爆炸。 近期，某供 电局运行人员在巡视时发现一 5 0 0 k V线路 C V T电磁单元渗漏油 ，于是从另一变 电站拆除备用间隔中的 C V T将其替换。安装前试 验一相 C V T下 2 节电容器 t a n 及电容量反接线 法试验数据合格，但再次进行整体正接线法试验时 数据却不合格。检查发现，该 C V T中间变压器高 压绕组调匝端子箱密封圈损坏，导致进水受潮。 下文分析了 目前运 行的 5 0 0k V C VT的内部 结构原理， 介绍了电磁单元常见的异常及故障现象， 提出了几种停 电绝缘检测方法。 1 5 0 0 k V C V T结构原理 5 0 0 k V C VT总体上分为电容分压器和电磁单 元 2 部分。电容分压器由高压电容 ( 通常由C C 3 节串联 ) 和中压电容 ： 串联组成；电磁 单元则由中间变压器、补偿电抗器及限压装置、阻 尼器等组成。运行电压经过电容分压后输出至中间 变压器，分别用作计量、测量、保护。运行电压经 过中压电容 C ： 后，可接载波装置；其中，中压 电 容起耦合作用。 某 厂 家 生 产 的 T Y D 5 0 0 3 - 0 0 0 5 H型 5 0 0 k V C VT的电气原理与设备结构如 图 1 所示。 高压 电容 由电容器 C C ： ，C。 自上而下 串联而成 ，C C ： 单独 瓷套， 与 C 共瓷套 。 中压输 出端不 引出，但可通 过接地刀 闸 K接地 ， 便于使用反接线法测试电容 ， 及 的tan 和电 容量。 C V T的瓷外壳内装有以薄膜与电容器纸复合 材料为介质的多个串联电容器元件，并以绝缘油进 行真空浸渍。电磁单元将中间变压器、补偿电抗及 所有附件都装在一个铁壳箱体内，承受的电压一般 低于 2 0 k V。C V T电容分压器与电磁单元之间过 渡用的中压套管采用不饱和聚脂玻璃纤维复合材料 作为绝缘层，具有绝缘强度高、介质损耗低、脆性 小等特点。 2 5 0 0 k V C V Y电磁单元常见故障分析 C V T常见故障有电容器击穿、爆炸，二次电 压输出异常 ，二次端子排烧坏等。其主要原因是 电 容分压器和电磁单元受潮绝缘水平下降、设计场强 过高、 铁磁谐振、内部元器件击穿、 安装不合理等。 电磁单元常见的故障异常主要有以下几类。 2 1 油箱发热 在投切 C V T设备过程中，高压母线可能产生 较大过电压，导致设备二次阻尼器元件损坏，破坏 一 一 电力安全技术 第1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 l 1 期) 阻尼器工频谐振条件，从而导致电气发热， 器所处的互感器电磁单元温度异常。 ( a )电气原理 L ( b )设备结构 图 1 5 0 0 k V C V T 的电气原理与设备结构 使阻尼 严，导致进水受潮。 2 3 中压套管绝缘损坏 C V T电容分压器与电磁单元之间过渡用的中 压套管主要采用不饱和聚脂玻璃纤维复合材料绝 缘；中压套管高压对固定该套管 的金属螺杆放 电， 可能导致绝缘击穿 。 2 4 绝缘击穿 C V T接地引下线接地不良或被挖断，电容尾 端出现过电压，保护间隙上下铜球放电；同时可能 导致一、二次绕组间的绝缘损坏，一次绕组保护用 避雷器击穿，连接引线对外壳放电等，最终造成电 磁单元损坏。 2 5 二次无电压输出 电磁单元中压连接线断开或脱落，主要原因是 端头连接片压接过度或松弛。中压线断开或脱落触 碰到 电磁单元内低压连接线，造成 中压接地 ，导致 二次无 电压输出。 2 6 噪音异常 中间变压器内部元件发生谐振，系统高次谐波 侵入等，将引发分压电容器或中间变压器、电抗器 异响。另外， 电磁单元内带铁芯部件如中间变压器、 补偿电抗器固定螺栓松动，也可能产生振动发响。 2 7 渗漏油 油箱外壳紧固螺栓紧力不够、运行中松动、密 封圈老化变形或被压坏等， 都可能导致绝缘油渗漏。 2 2 绝缘受潮 ( 1 )内部膨胀器在试漏过程中漏气进水，在产 品运行或放置一段时间后，水分逐渐溶解在油中。 ( 2 )产品清洗时油压塞子未紧固，造成进水。 ( 3 )二次端子箱、高压绕组调匝端子箱密封不 一 一 3 5 0 0 k V C V T电磁单元绝缘检测 C VT电磁单元油样 出厂时 已检验 ，且其 电压 较低 ( 最高额定电压为 2 0 k V) ，只要运行正常，无 需取样化验。如确需检验，油箱底部有取油样孔。 可从电磁单元油箱顶部注油孔进行补油，油位应在 视察窗 中位以上约 5 1 0 I T I F fl ，以保证在环境 温度 的最低和最高限值内油位可见。 3 1 绝缘电阻试验 ( 1 )根据 中国南方电网公司预防性试验规 程 进行。电容分压器低压端对地绝缘电阻采用 l 0 0 0 V兆欧表测量，一般不低于 1 0 0 MQ；但对 中间变压器的绝缘电阻则无周期性试验要求。 ( 2 )根据厂家要求进行。如西安西电电容器厂 要求用 2 5 0 0 V兆欧表，在一次绕组低压端 ( X端 ) 对地、二次绕组间及对地、阻尼器引出端对地及各 第1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 l 1 期) 电力安全技术 端子之间进行测量，测量值应不小于 1 0 0 0 MQ。 3 2 t a n 及电容量试验 目前运行 中的 5 0 0 k V C VT中压抽头基本不 引出，进行电磁单元t a n 及电容量测试时，可能 受到下面 2节电容器的影响。由于 C VT电磁单元 的结构与常规 电磁式 电压互感器的结构类似，基于 C VT内部结构及 AI - 6 0 0 0 F型介损仪原理 ，提 出 了以下几种电磁单元t a n 及电容量的试验方法。 3 2 1 正接线法 正接线法的试验接线及等值电路如图2 所示， C V T的 D ，N端短接加压，x端悬空，中间变压 器二次绕组短接接介损仪信号线。介损仪试验选择 正接线法时，由于受 N点绝缘水平的限制，试验 电压不宜超过 3 k V。 A ( a )试验接线 ( b )等值电路 图2 正接线法 l a i n 2 a 2 n 3 a 3 n d a d n 该方法测得的是 C 与 ： 并联后再与 C 串联 的电容量及介质损耗因数 t a n 。具体公式如下 ： = ( 1 3 + 2 ) ( c 13 + C 2 + ) ( 1 ) t a n (C 1 3 tan ( 0 l 1 3 3 + + C 2 2t a n62 ) +( C1 3 + C 2 ) t a n 1 3+C 2 + x ( 2 ) 由于( C l3 + 2 ) 远大于 C ， 因此 tan t a n ， 即测得的 m n 可近似认为是中间变压器一次绕组 对二次绕组的介质损耗因数。 3 2 2 反接线高压屏蔽法 反接线高压屏 蔽法 的试验接线及等值 电路如 图 3所示 ，C VT的 p ，N端短接加压 ，X端悬空， 中间变压器二次绕组短接接地 ，介损仪高压屏蔽线 ( 图 3中虚线 ，与高压芯线等 电位 ) 接 点。介损 仪试验选择反接线法时，由于受 N点绝缘水平的 限制 ，试验 电压不宜超过 3 k V。 A ( a )试验接线 图 3 反接线高压屏蔽法 一 O一 电力安 全技术 第 1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第 1 1 期) 该方法测得的是 与 并联后再与 C 串 联的介质损耗因数，计算方法同公式 ( 2 ) 。由于该 方法不能排除 N点对地杂散 电容的影响 ，测得 的 t a n 可近 似认为是 中间变压器一 次绕组对铁 芯、 外壳和二次绕组的介质损耗因数。 3 2 3 末端屏蔽法 由于 5 0 0 k V C V T电磁单元的结构原理本质 上与电磁式电压互感器相似，可引入电磁式电 压互 感器的末端屏蔽法进行测试。试验接线及等值 电路 如图 4所示， C V T的 D ， N端短接加压 ， X端接地 ， 中间变压器二次绕组单边短接接地。介损仪试验选 择正接线法，由于受 N点绝缘水平的限制，试验 电压不宜超过 3 k V。 A 一 一 ( a )试验接线 ( b )等值电路 图 4 末端屏蔽法 1 a i n 2 a 2 n 3 a 3 n d a d n 该方法 能排 除二次端子板脏污、受潮、有裂 纹所产生的测量误差，一次绕组电压分布与实际运 行中一致，能较真实地反映中间变压器内部绝缘状 况。但一次绕组对地 的一部分 电容也因电压低而被 屏蔽。 3 2 4 末端加压法 目前，变 电站运行的 5 0 0 k V C V T设备 中压 抽头均未引出，但设置了一个地刀 K辅助试验， 因此 ，可引入 电磁式 电压互感器的末端加压法进行 测试。试验接线及等值电路如图 5 所示，合上地刀 K，X端加压 ，中间变压器二次绕组单边短接接介 损仪信号线。介损仪试验方法选择正接线法，由于 受 X点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过 3 k V。 A ( f1 )试验接线 ： ： ( b )等值电路 图 5 末端加压法 l a l n 2 a 2 n 3 a 3 n d a d n 该方法主要检测的是中间变压器一、二次绕组 第1 7 卷 ( 2 0 1 5 年第l 1 期) 电力安全 技术 间的t a n 及电容量。完全消除了分压电容器的影 响。由于一次绕组首端接地，现场测试结果几乎不 受干扰。但由于一、二次绕组试验电压自下而上逐 级降低 ，与实际运行 中相反，同时测量结果易受二 次接线板脏污、开裂等因素影响。 4 结论与建议 5 0 0 k V C V T电磁单元虽然在运行中承受的电 压不高 ，但近年多次出现漏油及进水受潮现象 ，其 低 可靠性 已严重影响 C VT的安全运行 。现场定期 预试项目不易发现其绝缘缺陷，且由于其型号、结 构及装配工艺不尽相 同，造成 tan 及 电容量试验 数据分散性 大。因此 ，对 5 0 0 k V C VT的交接验 收及运行维护提 出以下几点建议。 ( 1 )厂家必须在设备出厂时提供电磁单元中间 变压器的励磁 曲线、补偿 电抗器感抗 、阻尼器和限 幅器参数等关键技术参数，以便在现场交接试验时 进行纵向比较。 ( 2 )厂家必须在设备出厂时提供中间变压器的 t a n 6及电容量出厂试验数据及试验方法，现场试 验数据与初始值相比不应有显著变化。 ( 3 )现场交接试验时，对电容器 C C 除进 行反接线法 tan 及电容量试验外，还必须进行整 体正接线法试验，以排除 C V T高压绕组调匝端子 箱进水受潮缺陷。 ( 4 )设备运行中对电磁单元除进行渗漏检查、 红外测温外，还应重点关注是否存在异响及二次 电 压变化情况，以避免 C VT因高次谐波谐振损坏。 参考文献： 1毛琛琳，张四江，谭彦民7 5 0 k V C V T中间变压器介 损试验分析 J 高压电器，2 0 1 1 ，4 7 ( 1 0 ) ： 6 0 6 1 ，6 8 2 梁子孟 ，谭彦民C V T电磁单元的介损测试分析 J J 高电压技术，2 0 0 6 ，3 2 ( 8 ) ：1 1 9 -1 2 1 3苏陈云，黄 震特高压电容式电压互感器介损和电容 测量方法分析 J 中国电力，2 0 1 2 ，4 5 ( 4 ) ：3 8 - 4 1 4 罗军川，宋守龙电容式电压互感器绝缘介损测试方法 研究 J _变压器 ，2 0 1 2 ，4 9 ( 6 ) ：3 9 4 6 5 王烁波，牛永红，王建伟一起 5 0 0k V电容式 电压互 感器运行异常的处理 J 】 山西电力 ，2 0 0 8 ，1 2 ( 6 ) ：5 2 5 4 6 唐军5 0 0 k V c V T故障分析与处理 J 湖南电力， 2 0 0 8 ，2 8 ( 2 ) ：4 5 7 孙鹏举5 0 0 k V变电站电容式电压互感器故障原因分析 及经验教训 J 电力设备，2 0 0 8 ，9 ( 1 0 ) ：6 5 6 7 8 陈玉峰，李永宁，尹奎龙，等电容式电压互感器油箱