一起110kV电容式电压互感器异常发热的案例分析

引言

电容式电压互感器为组合式单柱结构,由电容分压器及电磁单元两部分组成。电容分压器由一台或几台耦合电容器串联叠装组成。高压端有专门用于接线的接线板,位于耦合电容器顶部,中压和低压端由最下面一节耦合电容器的底盘引出至电磁单元内部。近年来,电容式电压互感器（以下简称CVT)由于其维护方便,主绝缘主要由分压电容器承担,不易造成恶性事故:运行可靠性高,结构较简单,故在电网中广泛应用。但是由于受到厂家生产工艺、设计、材料等因素的影响,CVT存在的质量问题比较多,故障率也比较高,严重威胁到电网的安全稳定运行。为了能够及时发现CVT在运行中存在的内部故障,必须定期对其进行红外测温、电压监测及油色谱分析。

1异常现象

2019年4月11日,我公司运维站对某110kV变电站西百蓝线193线路CVT进行测温时,发现西百蓝线193线路CVT本体及下端绝缘子靠法兰处异常发热,温度达到48.5℃,比其他或相邻绝缘瓷瓶温度高出近35℃。

工作人员首先测量线路及母线二次电压（西百蓝线193线路CVT二次电压绕组a-n处二次电压值为:101.8V,线路pt二次绕组da-dn处二次电压值为:58.5V:110kVm段母线电压AB:105.8V,AC:105.7V,BC:105.9V,AN:61.1V,BN:61.2V,CN:61.2V),并进行对比,误差为4676V。

现场测试末屏电流N端为:i=191.2A。通过公式现场计算可以得出电容量为:

根据相关文件规定,将电容量与额定电容值进行比较,超过-5%～10%范围时需引起注意。

2停电试验

由设备管理档案可知,该CVT上次例行试验各项试验结果均合格,次年状态评价结果为正常状态。

2.1绝缘油油色谱及微水分析

对CVT电容单元进行了油取样分析,发现油样油色是黄褐色,可闻到浓烈的烧焦味。经对油样微水含量、耐压试验和油色谱分析发现,油中微水含量超标,电容器内部总烃、乙炔、氢气均严重超标,数据如表1、表2所示,电容器内部发生高能放电,油中氢气、乙烷、乙烯含量占主要成分。

2.2绝缘电阻测试

使用2500V兆欧表测试110kV线路CVT绝缘、介损及电容量,测试结果如表3所示。

采用自激法测量显示C1、C2介损均符合规范0.25%的要求,而电容量测试C1的电容变化百分比符合规范±2%的要求,C2的电容变化百分比为4.596%则超出了标准。

初步判断故障点温度较高并存在高能放电情况,经向上级汇报后立即将该CVT停运。

3解体检查过程

对该故障CVT进行解体分析,首先放掉CVT油箱中的油,吊出电容单元后,设备外观绝缘层正常,进一步逐个对C2单片电容量进行测试,得到结果如表4所示。

根据表4结果判断为第11个单片电容器电容值异常,对第11个单片电容器产品进行现场拆解,发现第11个单片电容器部分元件被击穿,如图1所示。

图3单片电容击穿图

4原因分析

根据上述产品试验数据,分析产品温升异常的原因:产品密封失效,外部水汽进入电容器内部,导致电容器油微水超标。产品密封失效可能原因为产品在生产过程中个别螺栓未拧紧,在长期运行过程中松动。电容器元件被击穿,元件内部产生局部放电,导致电容器底部温升异常。电容器元件被击穿的可能原因为:（1)电容器油微水超标,电容器元件绝缘逐渐下降到允许电场强度,元件发生击穿;（2)老产品元件为手工卷绕,产品生产过程中带入杂质,导致元件被击穿。由于放电击穿点靠近瓷瓶底部,将周围的绝缘油加热,并将温度传递到油箱外壳,使CVT下部法兰发热。由于本次故障发现及时,并未造成严重后果。

5防范措施

（1)通过红外检测可以及时发现CVT存在的发热点,并通过N端电流量测试,供检修人员参考查明原因,及时发现问题。

（2)通过油色谱分析可以及时发现CVT存在的潜伏性故障,建议定期进行油色谱试验,针对运行中发现的电容单元温度异常或发出异常响声的CVT,应立即取油样进行油色谱分析试验。

（3)对线路CVT与母线CVT二次电压进行比对,有异常时进行末屏电流测试,计算电容量变化情况,同时进行测温。

（4)积极展开CVT设备在线监测工作和红外测温,温升超过2～3K,需停电进行电容器油微水及油色谱测试及电器试验及检查。