一起35kV电容式电压互感器电磁单元异常发热的故障检查分析

房政

广东电网公司梅州供电局 广东梅州 514000

摘要：对一起35kV电容式电压互感器（CVT）电磁单元异常发热故障的想象，详细分析了CVT的工作原理，同时通过对其分压电容器的电容量和介损试验、电磁单元的油色譜分析、电磁单元阻尼器的伏安特性试验，确定谐振阻尼器出现故障，并对设备吊心检查进一步确认谐振阻尼电容器击穿，并联谐振状态破坏而导致阻尼电阻长期过负荷引起发热。并提出CVT常见电磁单元发热原因和预防措施。

关键词：电容式电压互感器；谐振阻尼器；电磁单元；发热故障；红外测温

0前言

电容式电压互感器（CVT）是用来将高电压按比例关系变换成标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用的电气设备。如果电压互感器存在故障，不但无法起到测量、保护作用，还可能会影响其他设备的运行，引发事故。因此，电压互感器能否可靠运行，是关系到电力系统安全运行的一项重要因素。按照结构原理分为油浸电压互感器、串级式电压互感器、SF6气体绝缘电压互感器和电容式电压互感器（CVT） ，CVT由于有不会和外部元件（ 开关断口电容） 形成铁磁谐振、结构简单、造价较低、耐绝缘冲击强度高、绝缘裕度大等优点[1]， 已广泛应用于35kV及以上电压等级的系统。

对运行中的电容式电压互感器进行精确红外诊断具有不停电、不取样、不接触、直观、准确、灵敏度高及应用范围广等优点，可以准确地判断设备内部故障，对保证电网安全运行和提高设备运行可靠率有重要作用[2]。本文结合一起35kV电容式电压互感器经红外测温发现电磁单元部位发热问题。

1 故障现象及初步分析

2014年6月，在巡检人员对110kV东石变电站进行一次设备红外测温时，发现35kV#1母线31PT C相的电磁单元过热现象，C相最高温度55.1°C，A相最高温度47°C、B相最高温度46°C，环境温度33.0°C，湿度：70%，详见图1。该CVT型号为：：TYD35√3-0.02FH。

C相最高温度：55.1°C

图1 35kV CVT电磁单元发热红外图谱

现场对该35kV CVT外观及油位进行检查，均为正常。对CVT二次电压检查，初C相二次电压轻微增大外，无其他异常。

为确定分压电容器的电容值和介损是否满足规程要求，对CVT进行停电试验，结果见表1。从结果可以看出，分压电容Cl电容量的测量值与出厂值之间的误差为-0.014%，分压电容C2电容量的测量值与出厂值之间的误差为-0.002，满足规程要求（规程要求电容量误差一5%一10%）；介损为0.051%，满足规程的小于0.4%要求[3]。因此，分压电容Cl和C2无故障。

同时，对电磁单元进行油色谱分析，结果见表1。

色谱分析结果表明，总烃含量超标，但乙炔含量较低（<1 μL/L），说明电磁单元发热并无放电。

根据设备的结构和原理，初步分析CVT电磁单元发热的原因主要是持续的中压变压器一次电流或二次电流远大于设计电流值所致，所以电磁单元发热主要有两个原因：

（1）谐振型阻尼器出现故障

当谐振电容器C0、谐振电抗器L0值变化时将导致并联谐振状态破坏，流过阻尼电阻R0的电流增大，中间变压器一次电流增大，绕组和阻尼电阻R0发热，油温增高。

（2）电磁单元内部进水受潮。

电磁单元内部进水受潮后，随着油中水分含量的增大，绕组中纸质绝缘水分含量越来越大，造成绕组漏电流增大，绝缘降低，绕组匝间易于击穿。匝间击穿造成一次绕组匝数减少，一次电流不断增大，油温增高。

为进一步查明原因，首先对CVT的电磁单元进行油中水分含量测定时，确定电磁单元的油中水分含量不大于规程规定的35mg/L，排除电磁单元内部进水受潮的可能。

其次对CVT的电磁单元阻尼器进行伏安特性测试，其伏安特性曲线见图2：

图2 阻尼器伏安特性曲线图

结果说明CVT的阻尼器无法正常工作，存在缺陷，正常工作状态下其工作电流不超过1A，可判断为阻尼器存在过流导致油箱发热现象。

2 CVT电磁单元吊心检查及原因分析

根据判断分析，对CVT电磁单元吊心检查，同时对谐振电容器进行测量，发现电容值为零，说明谐振电容器已经击穿，详见图3。

图3 吊心检查与击穿的谐振电容器

根据该CVT的电气原理如图4所示：

图4 35kV CVT电气原理图

CVT由电容分压器C1、C2、电磁单元（ 包括中间变压器、补偿电抗器和阻尼器等） 以及接线端子盒组成。

电容分压器包括主电容C l 和分压电容C2，系统电压经分压后从C2上抽出送至中间变压器，再将电压降至100V和100/二次绕组√3二次绕组输出给保护和计量使用。为了减少接入负荷时在电源内阻抗和中间变压器漏抗中产生压降而形成电压误差，通常在中间变压器一次侧串联一补偿电抗L，其电抗值为，引入补偿电抗器后，能有效地减少互感器的误差。

图5 谐振阻尼器原理图

同时由于CVT的电容分压器、补偿电抗器和中间变压器，构成电容和非线性电抗的串联回路，在一定条件下电路处于串联谐振或接近串联谐振状况。在谐振条件下，回路中的电流和在中间变压器T的电压都将异常增大，将使电压互感器严重受损甚至烧毁。

为有效消除谐振[5]，最有效的方法就是在互感器二次剩余绕组并联接入阻尼器，其原理见图5：

由谐振电容器C、谐振电抗器L并联谐振回路串接阻尼电阻R组成，并联接在剩余电压绕组上。谐振电容器和谐振电抗器在工频下处于并联调谐状态，在正常状态下阻抗较高，阻尼电流较小，一般不超过800mA，功耗较小。当