110kV某变电站电容式电压互感器的故障分析

国网保定供电公司 杨 斌 郭会永 齐 征 杨 彬 王 跃

1.引言

2013年5月，110kV某变电站所在区域天气良好，该变电站无操作，运行人员发现该变电站110kV5号母线电压互感器A相二次侧电压值为0，B、C两相电压值正常，开口三角处电压显示为102V。经上级批准后，运行人员打算将110kV某变电站4号母线电压互感器与5号母线电压互感器并列运行。当并上4母线电压互感器瞬间，4母线A相电压互感器立即跳开，随即运行人员，又将5母线电压互感器退出运行，并列4母线电压互感器后，指示一切正常。本文对此电容式电压互感器故障进行详细的阐述及分析。

2.现场情况概述

检修人员到达现场后，首先对该110kV5号母线A相电容式电压互感器(CVT)进行了外观检查，无烧毁、无异味，但发现A相下油箱较B、C两相下油箱温度相比明显偏高。后经红外测温证实B、C相正常温度为27℃，而A相温度为36℃，高出其他两相近10℃。红外测温图谱如图1、图2、图3所示。根据型CVT的结构特点，装有C1和C2两组电容器的瓷套与装有电磁单元的油箱分别具有独立的油室，油温也属正常。初步判断C1和C2两组电容器油室没有过热，或其他缺陷，A相下油箱内部部件可能存在缺陷。

图1 B、C相温度正常为27℃

图2 三相温度对比A相温度为36℃

图3 A相下油箱温度

图4 TYD110/√3-0.02H型CVT电气接线图

3.现场试验检查

首先，试验人员打开N—N’之间连接片，进行各部位绝缘电阻测试：测试结果如表1所示：

表1 各部位绝缘电阻测试数据

从表中测试结果看出绝缘电阻值都达不到标准要求<1000MΩ。然后，采用自激法[1]加压2.5kV测试C1、C2电容量及tanδ，电压升至0.3kV时二次电流剧增至20A，测试失败。根据现场设备显现出的各种异常情况表明，设备内部一定存在故障影响运行，现场试验就此为止，设备立即退出运行，进行更换。

根据上述试验结果，得出下面几个初步结论：

1)变电站监控机电压显示数据来看A相电压为0，开口三角电压显示为102V，二次绕组绝缘均属正常，且二次回路经保护专业查找无回路上的问题。所以排除二次绕组出现故障引起电压升高的可能性。

2)从故障设备各个位置的绝缘电阻测试，测试结果明显偏低，采用自激法的正常接线方式(N点为高电位)测试C1、C2电容量及tanδ，不能正常进行测试。同时，红外测试显示A相下油箱温度异常。初步分析故障产生原因为：

(a)C1、C2电容器单元存在击穿故障；

(b)中间变压器T一次或二次绕组存在首末端短路故障；

(c)下油箱内部的避雷器、电抗器这两个电气元件存在缺陷。

4.故障原因分析

为进一步查明故障原因，对该110kV5号母线电容式电压互感器A相作进一步细致检查。

1)对设备的各二个绕组进行了绕组的直流电阻测试[2]（因设备结构的原因，一次绕组无法进行测量）。同时，为了对比数据也将换下的正常相C相CVT进行了测试，试验数据如表2所示：

表2 A相CVT二次绕组直流电阻测试数据

2)对各个部位重新进行了绝缘测试，绝缘电阻值均>1000MΩ。

3)采用正接线加压10kV测试C1、C2串联值，测试结果为：CX＝19770pF，tanδ=0.069%，额定电容量为19820pF，电容量偏差为-0.25%。

从上述各种高压试验测试结果分析看，由二次直阻测试结果和绝缘电阻测试结果分析二次绕组存在故障的可能被排除。其次，测试绝缘电阻时，各部位测试结果又与现场有很大差距，尤其N、X端数值>1000MΩ达到正常标准要求值，造成前后两种截然不同的测试结果。综合考虑分析认为：在4月份，由于该地区下过几场中雨和阵雨，且程度都很大。设备所运行的环境湿度非常大，再加上二次端子盖密封不十分严密，会有潮气进入到二次接线端子盒内。现场打开二次端子盒时，又在午夜12时的时间，潮气不能马上散开，造成了现场测试时，绝缘电阻低的假象。而在5月7日试验时，在二次开盖晾晒了2日潮气散掉后，绝缘阻值恢复为正常状态了。故排除了各个元件部位存在绝缘故障的可能性了。

通过电容器单元串联的电容量测试，电容器C1、C2也不存在故障。这样，故障问题就指向了无法测量的励磁单元（即一次绕组）和附属电气部件避雷器与电抗器。

通过再次仔细查看了下此类型CVT的内部结构情况，如图5所示。

图5 TYD110/√3-0.02H型CVT电气接线图

在结构图5中故障可能出现的范围用红圈标出，内有励磁单元一次绕组、与一次绕组并联的避雷器（图中BL）以及串联电抗器L。

分析内部电气元件存在故障的可能性：

电磁单元丧失励磁变压功能，内部元件只会存在断开或者短路这两种情况时发生。

若发生中间变压器内部电气元件有开路的情况，不论是电抗器L断开或者是一次绕组断开，会导致二次电压为0。但在自激法介损试验升压时，显示的却是试验电压很低几乎没有，而二次激磁电流却过大急剧增至20A，造成这种过流现象，说明一定存在是短路故障，而非开路断开情况；此外，避雷器开路断开将不会出现二次电压为0，故排除电气元件开路这种故障的发生。

5.结论

综上分析可以得出下结论：该电容式电压互感器已存在缺陷，可能存在包括一次绕组部分匝间短路、一次绕组全部短路，避雷器短路击穿三种短路缺陷。

1)一次绕组部分匝间短路情况：若出现这种情况，说明一部分绕组短路损坏，一部分绕组仍然可以勉强运行，二次电压不会完全显示为0，但现场显示二次电压为0。故这种情况的发生不可能存在，可以排除。

2)全部短路情况：一次线圈全部短路现象有两种，分别为接地短路和短路不接地。由于一次对地绝缘电阻测试为正常，故排除短路接地的可能，由于内附避雷器的保护，绕组全部短路的可能性也极低。

3)避雷器短路击穿：此设备为95年生产的设备，避雷器并联于一次绕组，当一次绕组产生过电压时，通过自身泄压功能，来保护一次绕组及电抗器，内部避雷器一般额定电压为20kV以下的标准。由于该设备运行有17年，避雷器元件内部已经老化，发生故障击穿短路的可能性极大。当避雷器发生击穿短路存在不可恢复的故障后，A、X两端短路首尾相通，中间变压器励磁单元同样会失去的变压能力。在运行过程中，将会出现二次电压为0的情况，同时通过X端测量绝缘电阻试验显示良好，是不能发现其击穿故障。

通过对设备进一步检查发现，其主要原因为避雷器短路击穿导致缺陷发生。

[1]陈盛君.330kV电容式电压互感器测试数据异常原因分析[J].宁夏电力,2013(02):16-20.

[2]李继忠.220kV电容式电压互感器故障分析[J].贵州电力技术,2013,16(6):43-45,42.