220kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析

第36卷第4期湖南电力HUNANELECTRICPOWER2016年8月doi：10.396^/j.issn.1008-0198.2016.04.019220kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析胡永方，欧阳卓，刘滨升(国网湖南省电力公司岳阳供电分公司，湖南岳阳414000)摘要：文章介绍了电容式电压互感器的结构原理，分析了运行中的220kV电容式电压互感器电磁单元故障引起的过热现象，提出以红外检测技术为基础，结合停电诊断性试验的方法来进行联合故障诊断，诊断结果准确可靠，并对电容式电压互感器的现场检测和故障诊断提出了建议。关键词：电容式电压互感器；电磁单元；红外检测；诊断试验中图分类号：TM451.2文献标志码：B文章编号：1008-0198(2016)04-0073-03Analysisonanoverheatfaultofelectromagneticunitof220kVcapacitivevoltagetransformerHUYongfang,OUYANGZhuo,LIUBinsheng(StateGridHunanElectricPowerCorporationYueyangPowerSupplyCompany,Yueyang414000,China)Abstract：Thestructureprinciplesofcapacitivevoltagetransformer(CVT)areintroducedandtheoverheatingphenomenacausedbyinternalfaultofelectromagneticunitareanalyzedinthepaper.Basedoninfrareddetectiontechnology,amethodcombinedwiththepowerfailurediagnostictestisproposedtodiagnosethefaultaccuratelyandreliably.FinallysomeproposalsonfielddetectionandfaultsdiagnosisofCVTarepresented.Keywords：capacitivevoltagetransformer(CVT);electromagneticunit；infrareddetectiontechnology；diagnostictest由于电容式电压互感器（以下简称CVT)具有冲击绝缘强度高、体积小、制造简单，并能有效避免铁磁谐振等优点⑴，广泛使用在110kV及以上电压等级的电网中。但由于其设计、结构等原因，导致CVT电磁单元内部空间及各元件间的绝缘距离相对较小，且运行过程中，经常要承受电网的过电压，运行工况较差的影响。此外，目前CVT制造厂家众多，装配工艺参差不齐，部分厂家对原材料质量把关不严，因此，目前CVT的电磁单元故障概率较电容单元明显偏高〔2〕。1CVT的工作原理CVT总体上可分为电容分压器和电磁单元两大部分。电容分压器由高压电容q及分压电容Q收稿日期：2015-12-10改回日期：2016-03-07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。220kV电容式电压互感器的电压原理图如图1所示。在图1中，为高压电容，C2为分压电容，r为中间变压器，l为补偿电抗器，Z为阻尼装置，S为保护间隙，、X为主二次绕组，a/，为辅助二次绕组。补偿电抗器•73•第36卷第4期湖南电力2016年8月L用来补偿容抗压降随二次负荷变化对CVT准确级的影响。阻尼器Z用于阻尼CVT内部可能出现的铁磁谐振，这是因为CVT的电容分压器、带铁芯的补偿电抗器和中间变压器，构成了电容和非线性电感的串联回路，在一定条件下会产生铁磁谐振。目前阻尼器主要有速饱和电抗型和谐振型两种类型。速饱和电抗型阻尼装置是靠铁芯的快速饱和将电阻快速接入电容式电压互感器回路，在工频条件下，电抗器的阻抗很大，通过阻尼器的电流很小，通常只有几十毫安，其功耗和储能均很小；而当发生铁磁谐振时，电抗器的电感急剧减小，将电阻迅速接入谐振回路，来吸收谐振能量，其具有良好的暂态响应〔3〕。谐振型阻尼装置是由电阻、电感和电容经串并联构成，在工频状态下，电感和电容组成并联谐振回路，整个阻尼装置等效阻抗为无穷大，相当于不接入；而发生分频谐振时，电感、电容的谐振回路被破坏，阻尼器作为一个有效阻抗接入，来抑制谐振，但其暂态响应不够好〔4〕。2故障案例2.1故障简况2014年11月18日，发现220kV某变电站220kV出线A相CVT电磁单元有异常发热现象，随后对该CVT开展红外精确测温。环境条件为温度21°C，湿度55%^尺，天气为晴朗，红外检测图谱如图2所示。(a)正面图（b)侧面图图2某CVT电磁单元红外检测图谱红外精确测温显示，该CVT电磁单元确有发热现象，测量最高温度为68.4C，为综合致热型缺陷。图像特征为以整体温升偏高，且中上部温度大〔5〕。查阅历史报告，该CVT为1995年西安电力机械制造有限公司生产，型号：TYD220/3-0.005H。2.2诊断试验与解体检查停电更换该相CVT，并对其进行缺陷诊断试验并解体检查。对该相CVT进行外观及油箱油位检查，无明显放电痕迹，油箱油位正常。2.2.1诊断试验情况1)电容单元介损及电容量测量（使用仪器:PH2801)，介损及电容量数据见表1所示，与初始值（2013年11月测试）比较，电容量初值差在合格范围内，小于标准要求值（±2%)。与《输变电设备状态检修试验规程》比较，介损数据小于标准值（0.25%)，介损及电容量测试结果合格。表1介损及电容量数据tan5/%电容/pF测试部位--------------------------------------------------------------------------本次初值本次初值初值差上节0.1760.1671031010290/Cx0.1930.17912970129000.54下节C20.1990.16950170498900.56匚总,/10305102490.54备注：温度：18C，湿度:70%。2)电磁单元绝缘电阻测试，电磁单元绝缘电阻测试数据见表2所示，绝缘电阻测试数据合格，表明电磁单元一、二次绕组主绝缘良好。表2电磁单元绝缘电阻测试数据测试部位一次对二a.x对一次、af.xf对一次、次及地af.xf及地a.x及地绝缘电阻100000+100000+100000+备注：温度：18C，湿度：70%。3)绕组直流电阻测试，在阻尼装置拆除前后测试绕组直流电阻，测试数据见表3所示，绕组直流电阻测试数据合格，说明绕组不存在断路、短路现象。表3绕组直流电阻测试数据测试部位一次a.xaf.xf绕组拆除前拆出后拆除前拆出后直流电阻30800.062980.063540.11680.1178注：温度18C，湿度70%4)在阻尼装置拆除前后测试变比，测试数据见表4所示，测试结果表明阻尼装置对变比测试结果影响较大，不带阻尼装置的测试结果与实际值接近，带阻尼装置的测试结果与实际值相差较大。所以，初步怀疑阻尼装置存在缺陷。•74•第36卷第4期胡永方等：220kV电容式电压互感器电磁单元过热故障分析2016年8月表4绕组变比测试数据测试部位A.X/a.xA.X/af.xf拆除前拆出后实际值拆除前拆除后实际值变比242.6224.21225.16141.84129.81305)电磁单元的空载试验，选择二次绕组端子af.xf加压，分别在阻尼装置拆除前后两种情况下开展空载试验。试验数据见表5—6所示。表5空载数据（带阻尼装置)电压/V10.620.331.440.850电流/A0.951.82.753.554.31损耗/W9.9836.7286.96145.18215.91表6空载数据（不带阻尼装置）电压/V10.3920.13330.29341.3950.489电流/A0.0160.0340.0540.0760.093损耗/W0.2490.4980.9951.9912.987电压/V60.38771.78580.10890.181100.42电流/A0.1080.1280.1400.1490.159损耗/W3.9835.4766.7218.21410.208空载试验发现，阻尼装置对测试结果影响显著。带阻尼空载加压时，空载电流上升很快，空载损耗急剧增加，如空载电压为50V时，空载电流为4.31A，损耗达到了215.91W。不带阻尼加压时，电流上升平缓，同样电压50V时，空载电流为0.093A，损耗仅为2.987W。所以，可以进一步怀疑阻尼装置存在缺陷，导致带阻尼空载试验时，数据异常。6)铁芯励磁特性测试，选择二次绕组端子a.x加压，在阻尼装置拆除后测试铁芯励磁特性曲线如图3所示，拐点电压71.07V，电流0.2984A。12020Q_____,_____|_____,_____|_____,_____|,_____|_____|_____|,_____|_____,_____|,_____|0.00.51.01.52.02.53.03.54.0//A图3CVT的励磁特性曲线拐点电压偏低，约为额定工作电压的1.25倍，铁芯质量尚可，不会造成正常工作电压下的发热缺陷。通过以上试验结果，可以判断为是由于阻尼装置损坏导致该CVT电磁单元的过热故障。为了进一步确定原因，找到发热点，决定对电磁单元解体检查。2.2.2解体检查情况放油完毕之后，首先对电磁单元各部分元件进行外观检查。检查结果发现阻尼电阻有严重烧焦痕迹（如图4所示），其余元件外观无异常。元件进行电气参数测试，见表7所示。表7阻尼装置中元件参数测试测试值厂家提供参数电阻/Q9.93410电感/mH36.4637电容/pi已击穿、无法测出288结果表明阻尼电阻值和电感值数据正常，而电容器的电容量无法测出，电容器已被完全击穿而形成导通。(a)阻尼电阻安装位置（b)环氧树脂筒严重烧焦图4阻尼电阻安装位置及烧焦情况3故障原因分析该阻尼器属于谐振型阻尼装置，由一个电感和电容并联后与一个电阻串联而成，原理图如图5所示。在正常工作状态（工频）下电感和电容处于并联谐振状态，并联支路相当于开路状态，阻尼电阻及不接人；而当系统发生操作过电压时，电流中的分频或高频分量增加，导致阻尼装置回路中电感、电容的并联谐振条件被破坏，电阻K接人，抑制谐振。rn图5阻尼装置Z原理结构(下转第78页）•75•第36卷第4期湖南电力2016年8月2)改造后磨煤机电流再降低30A(155〜160A降至125〜130A),筒体料位测量正常。3)经过超过一年的运行，改造后煤粉细度、制粉系统出力、锅炉飞灰可燃物等关键性考核指标以及锅炉燃烧稳定性、对AGC的响应能力均未受到影响，在相同运行条件，发电厂用电率下降0.2%。5结论通过技术改造，解决了小钢球应用的技术难题，使用普通钢球达到与耐磨高铬钢球接近的节能效果。经测算，如全面实施该项技术，发电厂用电率可降低0.3%左右，按该公司2013年发电量72.36亿kWh、磨煤机总耗电量9400万kWh计算，每年可节省厂用电1880万kWh,为企业年节省生产成本376万元（按当年发电成本0.2元/kWh),按当年上网电价0.49元/kWh,因上网电量增加全年创造价值921万元。该技术是磨煤机小球应用技术的进一步创新，具有广阔的应用前景。参考文献〔1〕范从振.锅炉原理〔M〕.北京：中国电力出版社，1998.〔2〕陈平，任立军.火电厂球磨相铬锰钨抗磨铸铁磨球的研制与应用〔J〕.中国电力，2009,11(42):20~22.〔3〕杨宁武.火电厂钢球磨煤机综合节能技术及应用〔]〕.科技论坛，2013(12下半月）：74~75.〔4〕张春秋.浅谈厂磨煤机厂磨煤机少球技术的应用〔J〕.机电信息，2012(18):95~97.〔5〕刘正海.火电厂节能与指标管理技术手册〔M〕.北京：中国电力科技出版社，2006:174.〔6〕黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整〔M〕.北京：中