CVT阻尼回路故障诊断系统研究

刘凡栋 邓文斌

摘   要：因阻尼回路故障导致电容式电压互感器退出运行的数量越来越多，严重影响了系统的安全稳定运行。根据阻尼谐振原理及CVT已有的外部抽头，设计了一种阻尼回路测试装置，可以真实读取阻尼回路电流，配合红外测温诊断电容式电压互感器阻尼回路状态。

关键词：电容式电压互感器;阻尼回路;测试

中图分类号：TM835.4                                          文献标识码：A

Research on Fault Diagnosis System of CVT Damping circuit

LIU Fan-dong，DENG Wen-bin?

（Guiyang Bureau，Ehv Power Transmission Company of China Southern Power Grid，Guiyang，Guizhou 550003，China）

Abstract：More and more capacitive voltage transformers are out of operation due to the fault of damping circuit，which seriously affects the safety and stable operation of the system. Based on the damping resonance principle and the existing external tap of CVT，a damping circuit testing device is designed. The current of the damping circuit can be read，and the damping circuit state of capacitive voltage transformer with infrared temperature measurement can be diagnosed.

Key words：CVT;damping circuit;test

在电容式电压互感器的预防性试验项目中，电容量及介损、绝缘电阻等常规项目分别考核了电容分压器部分、电磁单元的中间变压器部分，但尚无针对电磁单元阻尼回路部分的试验考核项目。根据电容式电压互感器原理图可知，其电磁单元主要由中间变压器和阻尼回路组成，中间变压器可根据常规变压器预试方法进行判断分析，如一次对二次及地绝缘电阻、二次绕组直流电阻测试等，只要出厂时严格控制制作工艺，运行状况一般都可满足长久使用。经过近十年电容式电压互感器故障分析统计，现场运行中经常出现设备故障问题的是阻尼回路，由于阻尼回路连接于设备内部，并无明显的引出端子，造成日常运行维护中缺少相应的手段和方法[1-5]。因此，迫切需要根據阻尼谐振原理及外部抽头，合理设计一种常规考核方式，便于试验人员配合红外测温诊断电容式电压互感器阻尼回路状态，以保障设备安全稳定运行。

1   电容式电压互感器阻尼回路测试原理

电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT）是由电容分压器和电磁单元组成的具有独特结构的一种电气设备，其内部结构原理如图1所示。

根据电容式电压互感器原理图1可知，电磁单元主要由中间变压器和阻尼回路组成，而阻尼回路一般由电感、电容和电阻组成，具体连接方式如下图2所示。

工频情况下，因阻尼回路中的电容C与电感L产生并联谐振，阻尼回路呈高阻状态，相当于开路，流经电阻R的电流极小，发热功率也很低;当系统中一旦产生次谐波时，电感L和电容C在次谐波频率下失谐，阻抗降低，阻尼电阻R上就会有较大的次谐波电流通过，次谐波的能量就会在电阻R上消耗尽，而次谐波也就因而消亡[6-8]。

结合图1及图2所示的阻尼回路工作原理，通过改变电容式电压互感器二次端子箱内端子接线设计单独的阻尼试验回路，基本原理如下：通过适当改变二次端子盒内部接线方式，设计阻尼回路单独试验通路，组成二端口电路网络，根据欧姆定律，在端口处施加不大于100 V的工频电压，由于阻尼回路正常情况在工频状态下处于高阻状态（无论是饱和型阻尼回路还是谐振型阻尼回路，只有在发生铁磁谐振时才为通路），使用高精度量程电流表测试该二端口网络中的电流。测试过程中施加电压由于CVT二次端子输出电压一般为100 V，故对二端口网络的输入电压需保证不超过100 V，以避免伤害二次端子;同时，应将其它未用二次端子悬空，避免短接时造成中间变压器过励磁，影响测试结果。

2   阻尼回路测试系统设计

在分析各类型阻尼回路工作原理和对比各电压等级二次端子外部抽头设计的基础上，综合考虑各种现场工况，合理设计考核方法，提出了一种可适用于各电压等级的便携式电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统，并依据系统框图研制一体化测试装置。系统总体设计框图如图3所示。

系统总体设计框图所反映出的测试装置主要由功率单元、传感器单元、保护单元、诊断分析单元、显示单元和通讯单元等模块组成。其中自耦调压器与隔离变压器相连，形成了一个传输中功率恒定的功率单元，自耦调压器为功率单元的输入部分，隔离变压器为功率单元的输出部分，从输入部分至输出部分没有功率损耗。处理器的保护装置配备过压、过流保护功能，自耦变压器采用电动式自耦调压器，其电动调压方式下具备100 V和150 V两个电压输出模式可供选择，其中选择100 V量程时，在过压保护的情况下，不可再继续调高电压;输出部分采用1 ： 1隔离变压器进行隔离输出，且输出电压可通过本机或远程分机控制;电流超过5 A或电压超过150 V的情况下，本电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统可自动放电、退出测试程序并将仪器和被测设备有效接地。

3   阻尼回路测试装置研制及关键技术

根据上述系统框图进而设计系统内部各部件功能原理如图4。

在实际应用时，首先通过调整被测设备二次引出端子连接方式，构成含阻尼回路的二端口网络，即构建阻尼回路单独试验通路，然后在处理器控制芯片的数据输入端预先输入被测设备厂家控制值和谐波参量，再将二端口网络输入点连接于隔离变压器的输出端口，在控制芯片选择合适的电压量程，确认保护单元的投入情况，继而对被测设备进行加压，通过高精度电流互感仪测试该二端口网络中的电流，测试数值经过12位A/D转换，实时在显示终端输出电压大小和波形、频率值、阻尼回路电流大小和波形，待输出电压稳定后，自动进行阻尼回路电流各谐波参量分析，并进行分析评估，显示评估结果，完成测试。

3.1   浪涌冲击的规避

工频电压试验中需要对试验电压进行控制及调整，以满足试验的要求。普通的控制器只对试验电压进行‘启动‘停止的强行控制，并不关注控制点是否在交流信号的过零点，所以对外部供给电源有很大的冲击，同时对内部的一些控制接触器也造成一定的损伤。主要反应的情况是在电源启动时，会出现很大的‘浪涌现象。根据这种情况，在装置的研发过程中，开发了“试验电源过零启动控制器”，使整个控制系统内部的接触器在交流信号的过零点附近动作，从而避免对外部电源进行冲击。

启动完成过程较原来的直接启动增加‘过零点判别的过程。当启动信号发出后，控制器并不会直接启动，而是先判断是否在交流电源的过零点，若是则等待，若否就立即启动电源，使电源启动处于信号的过零点位置，从而大大减小启动时的过冲电流（浪涌）。

3.2   无线控制及测量的实现

整个装置采用无线蓝牙控制，使操作员与控制台之间无任何物理连接，绝对保证试验人员的人生安全。当控制系统接受到控制信号后，先根据“过零点检测”单元进行过零点判别，在过零点位置发出接触器的动作信号，以保证接触器在动作时在交流信号的过零点位置，以确保无过冲现象。接触器在接受动作信号到自身动作存在一定的延时，为解决此问题，控制系统内置一个延时检测程序，将根据每个控制回路上的接触器的延时时间，自动调整控制信号的给出。启动后，控制系统回自动采集输出的电压、电流和频率信号，并通过无线通讯系统送回到控制PC机上。在无线遥控时发现有一定的延时现象，为了解决此问题，在硬件上提高通讯频率，采用了2.4 G的通讯频率，以加快通讯速度。软件上采用‘中断式处理方式，从而大大减小了无线控制信号发射，到接收端动作之间的延时时间。

4   阻尼回路测试系统现场应用

2018年12月13日晚，**换流站运行人员通过红外测温发现35 kV #1M CVT本体油箱存在发热，B相温度为26度，A、C相温度在15度左右（环境温度7度）。如图6所示。

在判斷阻尼回路情况时，试验人员使用阻尼回路测试装置，将1a、1n，2a、2n两对绕组开路，从da、dn端子加压测试阻尼回路电流，测试所得三相阻尼电流分别为240 mA、507 mA、129 mA;试验人员又从d2、dn端子测试得到三相阻尼回路的Rz均为6 Ω。故判断构成并联谐振的条件破坏，极有可能为电容Cx损坏。鉴于正常情况下，阻尼电流应为60 mA左右，试验人员判断三相CVT阻尼回路均出现故障。

5   结   论

在分析各类型阻尼回路工作原理和对比各电压等级二次端子外部抽头设计的基础上，综合考虑各种现场工况，合理设计考核方法，研制了一种可适用于各电压等级的便携式电容式电压互感器阻尼回路故障诊断系统。通过测量阻尼回路电流的方法来判断阻尼回路是否存在故障，可对现场工作人员及早发现CVT故障提供有力帮助，以有效推进设备技术监督工作开展，提升主网架稳定运行能力。

参考文献

[1]    和兆伟. 35 kV电容式电压互感器（CVT）二次阻尼回路谐振电容器状态对设备的影响[J]. 通信电源技术，2018（03）：133-135.

[2]    石延辉. 阻尼电流在CVT故障分析中的作用探讨[J]. 电力电容器与无功补偿，2012（04）：83-86.

[3]    王建.电容式电压互感器谐振型阻尼器故障机理及试验分析[J]. 山东电力技术，2016（12）：5-7.

[4]    ABBASI A.Fast and perfect damping circuit for ferroresonance phenomena in coupling capacitor voltage transformers[J]. Electric Power Components and Systems，2009（4）：393-402.

[5]    周庆红. 220 kV电容式电压互感器二次电压单相异常试验分析[J]. 变压器，2019（04）：74-77.

[6]    张云. 基于红外检测的CVT缺陷分析[J]. 电力电容器与无功补偿，2017（03）：116-120.

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[8]    顾用地，李显鹏，董新丰，等. 一起500 kV电容式电压互感器的故障处理及原因分析[J]. 电气工程学报，2018，13（12）：24-30.