中间变压器绕组匝间短路引起CVT电磁单元发热故障分析

国网湖南电力科学研究院 刘赟

中间变压器绕组匝间短路引起CVT电磁单元发热故障分析

国网湘西供电公司 罗晓冬 唐民富 姚华

国网湖南电力科学研究院 刘赟

针对一起电容式电压互感器（Capacitive Voltage Fransformer，CVT）电磁单元异常发热故障，根据自激法介损测量过程中出现的不寻常情况和变比测量结果得出的异常数据，并结合仪器原理进行分析，判断电磁单元内部中间变压器绕组存在严重匝间短路缺陷，解体检查验证了这一判断。

电容式电压互感器；电磁单元；发热故障；中间变压器；匝间短路

0 引言

电容式电压互感器主要由电容分压单元和电磁单元两部分组成，具有制造简单、体积小、价格低、不会与系统发生铁磁谐振等优点，已在电力系统中广泛应用[1]。其中，电磁单元一般由中间变压器、补偿电抗器、放电间隙和阻尼器等部分组成[2]，而电容分压单元结构简单，主要由一些小电容元件串并联组成。在实际运行中，电容分压单元的主要缺陷表现为进水受潮、小电容单元击穿等，电磁单元因为结构复杂，其故障原因往往也较复杂。

1 故障案例情况

在某110kV变电站进行专业化巡检时发现一条35kV线路CVT的电磁单元明显发热，热点温度比其他部位高出11.9K，比相邻线路同厂同型号同批次CVT的相同部位高出14.2K，如图1所示。根据DL/T 664-2008《带电设备红外诊断应用规范》[3]，该线路CVT发热已到达危急缺陷，必须立即退出运行。

该故障CVT电气原理如图2所示，图中T为中间变压，P为低压氧化锌避雷器，L1为补偿电抗器，R为阻尼电阻，L2为饱和电抗器。CVT电气参数如表1所示。

2 试验诊断

对该互感器开展了绝缘电阻、介质损耗因数与电容量、变比和油中溶解气体分析四项试验项目，试验时环境温度为5℃，相对湿度为60%。

2.1 绝缘电阻测量

首先开展绝缘电阻测量，分别检测主绝缘电阻与二次绝缘电阻，测量结果见表1。与历史试验数据相比，主绝缘和二次绝缘无显著下降。

2.2 介质损耗因数测量

图1 故障CVT红外图谱

图2 故障CVT电气原理图

表1 故障CVT参数

表2 故障CVT绝缘电阻

介质损耗因数测量分两个方案开展，一是用CVT自激法进行测量，测量过程中仪器高压输出达到451V时电压就无法继续升高，而试验时设定的内高压限值为3000V，正常CVT用自激法测量介损时完全可达到此电压值；二是将CVT电容单元和电磁单元分解后单独测试电容分压单元的电容量和介质损耗因数，结果见表3，试验数据合格。由此可初步确认电容单元无异常，故障点在电磁单元内部。

表3 故障CVT介质损耗因数及电容量

表4 故障CVT变比试验结果

表5 故障CVT油中溶解气体

2.3 变比试验

用介质损耗测试仪变比测试功能开展CVT变比测量，发现变比试验值与额定值相差甚大，说明CVT电磁单元内部的电气参数已发生了严重变化，试验数据详如表4所示。

2.4 油中溶解气体分析

对该互感器电磁单元内绝缘油进行了油中溶解气体分析，结果详见表5。表中乙炔C2H2含量为0，但总烃含量较高，超过《输变电设备状态检修试验规程》规定的注意值（150μL/L），说明电磁单元内部存在缺陷。进一步用三比值法分析，五项特征气体对应的三比值编码为020，属于典型的过热缺陷，与红外测温结果符合。

3 解体检查与故障分析

3.1 一次绕组异常

通过试验确认，问题主要在电磁单元内。其中CVT自激法介损试验和变比试验各存在蹊跷点：自激法测量介损时内高压无法升高，变比较额定值巨幅增大。

根据所用介损仪的自激法试验原理图（图3）可知：自激法测量介质损耗因数时，仪器从中间变压器二次侧激励电压，在电容单元尾端感应高压侧电压。试验过程中仪器内部会对二次电流和一次电压进行限制，其中二次电流不超过30A，一次电压不超过4kV。本次试验一次电压仅能加到451V就无法继续升高，原因为此时二次电流已经达到最高限值。这表明中间变压器励磁电流较正常情况下要大很多，绕组存在匝间短路的可能性较大。

另外，根据所用介损仪的变比测量原理图（图4）可知，变比测量时仪器高压输出10kV，经电容分压后感应到中间变压器二次绕组从而获得二次侧电压，再通过计算一次电压与二次电压的比值作为CVT的变比。根据前面的试验结果，当一次电压为10kV时，实测变比3325和5750对应的二次电压分别为3V和1.74V，远低于额定变比下对应的二次电压（分别为28.6V和16.5V）。

由以上分析可知，该CVT的中间变压器无论是从一次绕组还是从二次绕组激磁，另一侧绕组均无法感应出正常电压。这种现象说明绕组存在匝间短路，因为匝间短路时存在短路环，短路环流对一次励磁和二次励磁均起到去磁作用，致使另一侧电压远低于正常值。

为进一步确认试验诊断分析的正确性，对中间变压器和补偿电抗器进行解体分析，发现中间变压器一次绕组绝缘严重碳化，缠护一次绕组的绝缘胶纸碳化部分用手可轻松捏碎，越靠近铁芯的部分碳化越严重，如图5所示。而二次绕组颜色锃亮，无异常情况，补偿电抗器也无异常。据此可判断该互感器发热主要为中间变压器一次绕组存在严重的匝间短路引起。

3.2 阻尼电阻熔断

图3 自激法测量CVT介损原理图

解体检查还发现阻尼电阻丝已经熔断，如图6所示。

图5 中间变压器一次绕组

图6 阻尼电阻丝熔断图景

图7 避雷器外绝缘热老化

图8 避雷器内部存在液体

经仔细检查分析，发现该阻尼电阻与速饱和电抗器串联一起后再并联安装在a1n1二次绕组上，与设备技术说明书原理图（图2）不符合。根据消谐原理可知，CVT速饱和电抗器磁通密度的设计值比中间变压器高得多，互感器在运行过程中遇到谐振过电压时，饱和电抗器能在中间变压器饱和前就达到饱和状态，使阻尼电阻起到消耗谐振能量的作用，从而实现抑制分次谐波过电压的目的。通过设备名牌参数确定，辅助绕组dadn的额定电压ud为100/3V，二次绕组1a1n的额定电压u1为100/√3V，u1是ud的1.732倍。而本台故障CVT原本设计安装在dadn绕组上的阻尼装置错误安装在1a1n绕组上，导致速饱和电抗器运行中将长期承受1.732倍的额定电压设计值而饱和而使阻抗急剧降低，从而致使阻尼电阻长时间通过较大电流而熔断。

3.2 低压避雷器损坏

此外还发现低压氧化锌避雷器损坏，用万用表测量其两极间电阻只有821Ω，避雷器外绝缘存在明显的热老化痕迹，如图7所示。剖开避雷器时其内部流程淡绿色液体，如图8所示。

经分析，避雷器损坏的原因为：由于中间变压器的一次绕组存在严重匝间短路而使励磁阻抗降低，致使避雷器和补偿电抗器承担的电压升高，导致避雷器运行中长期承受较高的电压而击穿损坏。而其内部具有液体则是因为击穿后的避雷器内部阀片等同于发热电阻，使外绝缘热老化膨胀导致密封性破坏，使变压器油进入避雷器内部。

4 综合分析

综合诊断试验和解体检查确定该故障CVT发热的主要原因为中间变压器一次绕组存在严重的匝间短路，运行过程中匝间短路环内存在较大环流而使电磁单元严重发热。

匝间短路还改变了电磁单元内部元件的电压分布情况，导致低压避雷器长时间承受较高电压而击穿损坏。

阻尼电阻熔断的原因主要在于其安装错误，导致正常运行过程中与其串联的速饱和电抗器长期饱和而失去限流作用，阻尼电阻长时间通过较大电流而熔断。

5 结语

（1）红外测温能有效发现CVT电磁单元的发热缺陷，辅助开展油色谱分析、介损与电容量、变比等项目对故障诊断与分析具有较大作用。

（2）通过本例故障诊断分析发现，匝间短路会导致CVT自激法介损测量过程中出现电压无法正常升高的情况，也会导致互感器变比出现巨增。日常检修试验过程中不仅要重视试验结果本身，对试验过程中出现的异常情况也不能忽视，同时也应结合试验仪器的原理进行诊断分析。

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