一起500kV电容式电压互感器故障原因分析
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2 0 0 7 年第5 期 东北 电力技术 1 9 一起 5 0 0 k V电容式电压互感器故障原因分析 Ca u s e An a l y s i s o n a 5 0 0 k V Ca p a c i t o r Vo l t a g e T r a n s f o r me r F a u l t 冯永利,李树阳,谭 睿(锦州超高压局,辽宁 锦州 1 2 1 0 1 3)摘要:介绍了一起由于电容元件绝缘缺陷导致一组 5 0 0 k V电容式电压互感器三相同时出现二次输出电压偏高的故障。通过 对试验数据的分析和解体检查,对故障做出了判断和验证,分析了试验中出现的与传统理论不相符的现象,并对 5 0 0 k V电 容式电压互感器的运行维护和绝缘故障的现场分析提出了建议。关键词:电容式电压互感器;试验数据;分析;判断 中图分类号 T M 4 5 1 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 47 9 1 3(2 0 0 7)0 50 0 1 9 0 3 董家 5 0 0 k V变 电站 电容式 电压互感器为 国产 产品,1 9 9 5年 3月 出 厂,型 号 为 T Y D 3 5 0 0 ,-J一 0 0 0 5 H。1 9 9 7年在董家变电站 5 0 0 k V 工母线投入 运行。2 0 0 3年 5 月,由于同批产 品存在质量问题,厂家将其 召回,更换了分压电容后,2 0 0 3年 1 1 月 8日重新投入运行。在投运前进行 的交接试验及其 后 2年的定期预试结 果均正 常,而且设备 运行 良 好。董家变电站 5 0 0 k V侧 系统运行方式 为双母线 双分段,经母线分 段开关并列运行。2 0 0 5年 9月,电压互感器在运行 中出现三相二次输 出电压逐渐升 高的异常情况,9 1 2月 工母线 电压 表指示 分别 为 5 3 5 k V、5 4 2 k V、5 4 4 k V、5 5 1 k V,2 0 0 6年 1 月 保持在 5 5 1 k V。其 它 5 0 0 k V母线 电压互感器二次 输出电压均 正常,电压表指示 为 5 2 6 k V左右,设 备外观检查未发现异 常。2 0 0 6年 1月 1 8日,现场 测量该组设备二次输 出电压,AN为 6 2 1 V,B N为 6 2 2 V;CN为 6 3 2 V,LN 为 2 1 V。2 0 0 6年 1 月 1 9日退 出运行,8月 7日返厂解体查找 故障原因。1 现场测试 该组 电容式 电压互感器在 2 0 0 4年及 2 0 0 5年定 期预防性试验 中,试验数据未出现异常。设备退出 运行后,试验人员对其进行 电容量和介质损耗的测 试,由于当时现场气温很低,影响介损电桥的正常 工作,测试数据不稳定,无法进行正常判断。2 0 0 6 年 6月 6日,试验人员再次对设备进行测试,测试 数据如表 1 所示。试验结果表明,三相电容器均不同程度存在异 常,各有 2节介损超标(标准 规定 t 0 2),多 节电容量与以前相 比偏差较大,但未超过规程规定 注意 值(规 程 规 定 电容 量 偏 差 范 围 为 一5 +1 0),分压 比变化不太大。由于试验 电压(1 0 k v)远低于运 行 电压,电容量测试结 果可能与实 际运行电压有所不同。因此,可以初步断定该组设 备电容元件存在异常。2 返厂测试及解体检查 2 0 0 6年 8 月 7日返厂后对设备进行 了 1 0 k v及 7 2 k V电压下电容量和介损 的测量,测量数据如表 2所示。测试结果表明,1 0 k v电压下测试数据与现场 测试数据吻合,7 2 k v电压下电容量偏差较大,表 明设备有不 同程度 的元件损 坏。由于高电压(7 2 k v)时无法 直接测 下节 内 C C 2的电容量,无 法计算实际变比。但从其他节电容量的变化分析可 以断定,设备中的电容元件存在击穿。该型号设备 的耦合电容器(电容式电压互感器的每一节相当于 一个耦合电容器)是由若干个(设为)电容元件 串 联组成,每个电容元件的电容量基本相等,总电容量 与串联电容元件个数成反 比,通过对电容量 的分析 计算,可以大约得 出每节耦合 电容器单元件被击穿 的数 目(被击穿的电容元件相当于短路)。设被击穿 的数 目为,则:NC=(一X)C x (1)式中 c 耦合电容器铭牌电容量,p F;c 耦合电容器实测电容量,p F。以9 5 3 1 1 号耦合电容器为例,共有 8 5个电容 元件,由式(1)可计算被击穿单元件的数 目为 维普资讯 http:/ 2 0 东北 电力技 术 2 O O 7 年第5 期 8 52 0 7 9 3=(8 5 一 )2 2 1 5 6 X=5 2 3 所以,耦合电容器约有 6 个单元件被击穿。现场对该节耦合电容器进行解体检查,发现耦 合电容器内部共有 7 个电容元件被击穿,位置分布 分别为上段 3 个、第二段 3 个、第三段 1 个,击穿点 均在元件大面上(见图 1),与计算结果基本吻合。3 故障原因 在同一组电容器中,分压电容击穿较多(以前 未出现过),将该组电容式 电压互感器返厂解体检 查,对击穿部位进行分析,发现元件是在某一时间 段 内先后击穿,击穿点无异常,原 因可能是原材料 存在薄弱点。由于介质原材料及制造质量问题,该组电压互 感器电容元件存在绝缘薄弱点,使电场分布不均 匀、绝缘强度下降,在 长时间运行电压的作用下,薄弱点承受过高 的电场强度,薄弱点进一 步恶化,最终导致电容元件被击穿。电容元件击穿引起电容 量变化,使电容分压比增大,导致二次输出电压偏 维普资讯 http:/ 2 0 0 7 年 第5 期 东北 电力技 术 2 1 图 1 现场解体检查照片 高。因此,分压电容介质原材料的质量问题是导致 故障的直接原因。4 介损值随电压变化的原因 返厂试验发现,在试验电压为 l O k V时 t a n 值 偏大,试验 电压 为 7 2 k V时 t 值 非常小(见 表 2),与正常设备没差别,但设备确实存在缺陷。这 就出现了介质损耗值随试验电压升高反而下降的异 常现象,与传统的高压试验经验相悖。传统的经验 认为良好的绝缘,在一定的试验 电压(小于工作电 压)下,流过介质中电流的有功分量和无功分量随 电压的增加成 比例增加,因此,t a n 一般不变或略 有变化;如果绝缘有缺陷,t a n 3 随试验电压的升高 应明显增大。对此次试验出现的异常现象进行分析认为,由 于介质损耗是发生绝缘介质(绝缘体)中的一种现 象,在试验电压较低(1 O k V)时,存在缺陷的电 容元件并未击穿或未全部击穿,其内部仍然为绝缘 介质,但介质内部缺陷部分的局部放电加剧,导致 大量能量损耗,使介质损耗增大,测得 t a n 值增 大;当试验 电压升高到 7 2 k V时,局部放 电严重,一 使存在缺陷的电容元件被击穿,形成一个完全短路 的状态,该部分电容元件 内的绝缘介质已经不起作 用,t 值只反映其他正常电容元件的介质损耗,所以,ta n 值随试验电压升高反而减小,甚至完全 恢复到正常状态。由于存在缺陷的电容元件被完全 击穿,所 以,随试验 电压 的升 高,电容 量明显增 大。因此,当同类设备绝缘存在缺陷,在试验电压 较低时 t a n 值反映绝缘缺陷比较灵敏,特别是非 贯穿性的局部缺陷。当试验电压较高时,t a n 值有 时并不能反映实际绝缘状况,这时,电容量的变化 将是主要判断依据。5 几点建议 a 严把产品质量关 应对设备制造厂家的制造工艺和出厂试验严格 要求和监督,特别是高电压试验,确保设备质量无 问题。在设备 投运前,要做 好 出厂验 收及交 接试 验,发现问题及时解决,保证设备健康投入系统运 行。b 综合分析异常情况 运行中,当二次 电压出现异常时,应进行全面 分析,发现 问题及时处理。如例行 的定期预防性试 验,由于试验电压低、试验周期长,并不能完全反 映设备的实际绝缘状况,只是一种预防措施。设备三相同时出现故障的情况是可能发生的,因此要进行全面分析,做 出准确判断和处理,避免 误判断。参考文献:1 陈天翔,王寅仲电气试验 M 北京:中国电力出版社,2 O 0 6 2 陈化钢电气设备预防性试验方法 M j E 京:水利电力出 版社出版,1 9 9 4 作者简介:冯永利(1 9 7 2 一),男,学士,高工,主要从事高压试验和绝 缘监督管理工作。(收稿 日期2 0 0 7 一O 1 2 4)、维普资讯 http:/
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