国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 郅 静
电容式电压互感器(Capacitive Voltage Transformer,CVT)是电力系统中重要的保护和计量设备,因其具有体积小、绝缘性好、避免铁磁谐振等优点,目前在110kV 及以上电力系统广泛应用[1]。
2018年11月15日, 某500kV 变 电 站 内 主 变500kV 侧C 相CVT 进行预防性试验时,发现其上节电容分压器(编号:***H)介质损耗明显变大,电容量也较上次预防性试验值变大,数据对比见表1。
表1 上节电容分压器试验数据对比表
根据国网公司《输变电设备状态检修试验规程》,电容式电压互感器电容量初值差不超过±2%(警示值),介损不超过0.25%(膜纸复合)(注意值)[2-3]。由表1可得,上节电容分压器两值均已超标。因此,利用替代设备对故障CVT 进行了更换,故障CVT返厂检查、解体。
该CVT(电容单元编号:***H/M/L)于2003年10月生产,其上节电容分压器如图1所示。
图1 上节电容分压器外观
2018年12月4日,国网江苏省电力有限公司电力科学研究院、运维单位相关专家在厂家对故障CVT 进行检查,解体前,对该CVT 进行介质损耗因数及电容量测量试验,数据见表2。
表2 介质损耗因数及电容量测量试验数据
该CVT 的单节分压器有84个电容元件,当1个电容元件被击穿时,电容量会增大1.2%。如果把中节分压器电容量的变化看作两次测试之间的固有偏差,那么上节分压器电容量实际变大2.83%-0.35%=2.48%,相当于2个元件击穿的变化量。因此,推测上节分压器故障原因为有2个电容元件被击穿。
对故障的上节电容分压器进行解体,拆掉电容器瓷套后,发现电容器底板有碳化颗粒,如图2所示。
图2 电容器底板上积碳
观察元件外观,从上往下第29、30个元件引线片处可见放电发黑痕迹(如图3所示),逐一检测84个元件的电容量,电容元件的标准电容值为1.26μF,测试发现第29、30个元件的容量值异常,具体结果见表3。
表3 解体后电容元件检测值
图3 第29、30个元件之间接线片处发黑
解体后发现第29、30个元件击穿痕迹严重,如图4至图8所示。
图4 第29、30号电容元件
图5 第29号元件外层击穿痕迹严重
图6 29号元件向内击穿痕迹逐渐减弱
图7 第30号元件外层击穿痕迹
图8 30号元件向内击穿痕迹逐渐严重
因此,解体后结果验证了之前的推测,上节电容分压器数据异常的原因就是第29、30个电容元件被击穿。
由解剖情况看,CVT 上节电容分压器的电容值变大的原因是2个电容元件击穿,介质损耗变大原因是元件击穿产生的游离碳析出了损坏元件,对绝缘油造成污染。
发生击穿的是从上往下数第29、第30号元件,而分别和二者相邻的第28、31号元件完好。对29、30号元件进行拆解,发现两个元件击穿的状态有所差异:30号元件击穿痕迹是从内部向外部发展,中间部位痕迹严重,痕迹由元件内部向外部延伸,逐渐减弱,但向上贯穿到元件外部和29号元件的结合部;紧靠30号元件上部的29号元件击穿则由外部向内部发展,外部击穿痕迹最严重,放电痕迹向元件内部延伸,逐渐减弱直至消失。这种现象可以判断设备故障的源头应是30号元件击穿,30号元件击穿产生的热量或电火花影响到上部相邻的29号元件,致29号元件的绝缘介质损坏,元件击穿。
30号元件击穿的原因,由于击穿部位已经融为一块,已经无法具体确定。从设备运行环境来看,设备长期运行过程中可能受外来侵扰,如雷击等,导致元件击穿;从制造厂家方面分析,可能在元件卷制过程中某点的绝缘介质受到污染或损伤,导致局部绝缘性能降低,设备经过十多年运行,绝缘劣化最终导致元件击穿。
因此,在工作中,一方面要在设备运行中严格按照试验周期进行试验,及时关注试验数据,以便及时发现缺陷,另一方面出厂验收、现场安装等环节要对各元件仔细排查,严把质量关,以免对设备投入电网使用造成隐患和缺陷[4]。
本文对CVT 例行试验中介损值及电容量偏大的异常情况进行了详细分析,根据返厂后测试数据推测上节分压电容器中有2个电容元件击穿,对其解体后,仔细观察了各部件情况,并对各元件电容值进行了测量,发现第29、30个元件被击穿的事实。同时,通过对这两个元件的击穿痕迹推测出可能的故障原因,对今后的工作总结出了宝贵的经验教训。