220 kV電容式電壓互感器(CVT)運行中異常發(fā)熱缺陷分析

0   引言

電容式電壓互感器(CapacitiveVoltageTransformer,  CVT)作為高壓電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備 ,廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電壓測量、保護和控制 ^[1] ,其穩(wěn)定運行對于保障電力系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要 。近年來 , 隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提升 ,220 kV及以上電壓等級的CVT在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越普遍^[2]。然而 , 隨著運行時間的增加 ,CVT在實際運行中也暴露出了一些問題 ,其中異常發(fā)熱缺陷尤為突出。異常發(fā)熱現(xiàn)象不僅會影響CVT的正常運行 ,還可能導(dǎo)致設(shè)備的絕緣性能下降 ,甚至引發(fā)嚴重的電力事故 ^[3—4] 。因此 ,對220 kV CVT運行中異常發(fā)熱缺陷的分析和研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值 。對發(fā)熱缺陷的深入分析 ,可以為設(shè)備的設(shè)計、制造和維護提供科學(xué)依據(jù) ,進而提高CVT的運行可靠性 ,延長其使用壽命 ^[5]。本文通過對某220 kV CVT運行中出現(xiàn)的異常發(fā)熱缺陷進行綜合常規(guī)試驗和解體診斷 , 結(jié)合實際運行數(shù)據(jù) ,深入分析了發(fā)熱缺陷的成因及影響因素 。研究結(jié)果不僅為解決該類問題提供了有效的 技術(shù)手段 ,也為今后類似設(shè)備的設(shè)計和維護提供了寶 貴的經(jīng)驗和參考。

1    現(xiàn)狀概述
      某500 kV變電站在精細化測溫作業(yè)中發(fā)現(xiàn)220 kV電容式電壓互感器A相溫度異常 , 中部區(qū)域顯著發(fā)熱 ,相間溫差超過3 K。變電修試所指派帶電測試班前往現(xiàn)場進行電容量、介損帶電測試及紅外溫度復(fù)測,測試結(jié)果顯示電容量及介損正常 ,但A相中部溫度高于B、C相 ,相間溫差為3.4 ℃ (圖1)。據(jù)此判斷CVT內(nèi)部存在潛在缺陷 ,決定全面更換三相CVT , 以消除安全隱患 ,提升設(shè)備健康水平 ,確保供電可靠性。

此次發(fā)生的故障涉及一臺220 kV電容式電壓互感器,其結(jié)構(gòu)主要由電容分壓器和電磁單元構(gòu)成。CVT結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

在外形設(shè)計上 ,該互感器由兩節(jié)瓷套組成 ,C2 電容位于上節(jié) ,C11和C12 電容安裝在下節(jié) ,并通過法蘭與電磁部分連接。該互感器于2018年2月出廠 ,2020年9月投入運行。服役期間 , 已進行兩次周期性預(yù)防性試驗 ,監(jiān)測性能狀態(tài) 。相關(guān)試驗數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

通過對比表1和表2數(shù)據(jù) ,發(fā)現(xiàn)電容量變化平穩(wěn) , 無顯著波動。但介損值在第二次測試中顯著增長 ,增長幅度達兩倍 。盡管如此 ,仍與交接時數(shù)據(jù)相近 ,且符合規(guī)程要求。
      2   檢查情況
      鑒于設(shè)備故障狀況 ,該單位已于2022年5月23日對某變電站的2號主變220 kV側(cè)三相電容式電壓互感器(CVT)進行了更換作業(yè) 。隨后 ,試驗班組對拆卸下來的CVT進行了詳盡的診斷性試驗及解體檢查 ,旨在深入排查并確定互感器發(fā)熱的具體原因。
      2.1    常規(guī)試驗檢查
      此次常規(guī)試驗對絕緣電阻 、介損以及電容量進行了全面檢查與評估 。鑒于下節(jié)瓷瓶的上部為發(fā)熱主要部位 ,此次檢查的核心任務(wù)將聚焦于該節(jié)電容的深入分析與評估 。絕緣電阻的試驗數(shù)據(jù)如表3所示 ,介損與電容量相關(guān)檢測結(jié)果如表4所示。

      中國南方電網(wǎng)的《電力設(shè)備檢修試驗規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)規(guī)定, 電容式電壓互感器需滿足以下絕緣要求:極間絕緣≥5000MΩ,低壓端對地絕緣≥100MΩ,中間變壓器一次對二次及地絕緣> 1 000 MΩ 。經(jīng)過絕緣電阻試驗 ,所得數(shù)據(jù)顯示該節(jié)電容的絕緣阻值遠超規(guī)程標(biāo)準 ,完全符合規(guī)程的絕緣性能要求 ,絕緣狀況良好。
      根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定 , 電容量檢測需確保每節(jié)電容值偏差在-5%~+10%內(nèi) ,若電容值增加超過+2%,應(yīng)縮短試驗周期 。多節(jié)電容器間實測電容值差異應(yīng)控制在5%以內(nèi) 。針對膜紙復(fù)合絕緣CVT ,其10 kV試驗電壓下tan δ值應(yīng)不大于0.2%。檢測發(fā)現(xiàn) ,某CVT的C12介損值達0.336%,超出標(biāo)準值0.2%,且比出廠時介損值高近6倍。雖電容量檢測正常 ,但C12介損值超標(biāo) ,判斷下節(jié)瓷套上部電容單元存在缺陷。
      2.2    解體檢查
      2.2. 1   外觀檢查
      經(jīng)過對該CVT的外觀進行細致檢查 , 發(fā)現(xiàn)其外絕緣表面保持潔凈 ,未見臟污、破損或裂紋 ,且無放電現(xiàn)象發(fā)生 。分壓電容及電磁單元的外部亦無滲漏油跡象 ,油箱密封面亦無漏油情況。二次面板內(nèi)部清潔完整 , 無進水及放電現(xiàn)象 。在檢查電磁單元油位時 ,發(fā)現(xiàn)A相的油位指示顯示為滿油狀態(tài) ,相較于B、C兩相 ,其油位明顯偏高。
      2.2.2   解體檢查
      經(jīng)過解體檢查 ,確認該缺陷源于工廠工藝不良 ,表現(xiàn)為CVT電磁單元與下電容單元間的N、E端瓷套密封失效 。由于密封失效 , 電容單元絕緣油泄漏至電磁單元油箱內(nèi) ,CVT下部電容器單元油量減少 , 引發(fā)發(fā)熱現(xiàn)象 。為驗證結(jié)論 ,依據(jù)以下線索分析:
      1)解體前 ,通過放氣孔對電磁單元排氣 , 聽到輕微排氣聲 。拆除電容單元與電磁單元接觸面油箱大蓋螺栓時 ,發(fā)現(xiàn)接觸面存在滲漏油現(xiàn)象。觀察箱內(nèi)油體清澈 ,初步判斷密封不良。
      2)排出電容單元內(nèi)全部油后 ,對比實際油量與廠家標(biāo)定油量 ,發(fā)現(xiàn)明顯差異。
      3)進一步檢查發(fā)現(xiàn) , 電容單元頂部部分電容干燥無油浸痕跡 ,如圖3所示 。證實下節(jié)電容單元頂部缺油 ,缺油量為總量的1/8~1/4。

      4)檢查N端瓷套與法蘭連接處的密封圈時 ,發(fā)現(xiàn)密封圈雖套在瓷套上但未實現(xiàn)有效密封 ,密封圈與法蘭間存在約0.5 cm的間隙。
      5)觀察N端瓷套底部密封情況 ,發(fā)現(xiàn)E端瓷套與法蘭接觸面設(shè)有黑色密封膠圈 ,通過四顆螺絲壓接實現(xiàn)密封 。但檢查發(fā)現(xiàn)壓接不均勻 ,一側(cè)存在縫隙 ,原因是螺絲未充分壓緊 ,彈片作用失效 。同時 , 四顆螺絲長度不一致 ,左側(cè)螺絲長度不足 ,螺母僅吃入幾牙。
      針對底部密封不良問題進行了驗證 。首先將油箱大蓋螺栓緊固 ,在法蘭瓷套頂部滴入墨水。由于油箱大蓋密封恢復(fù)后 , 內(nèi)部壓力增強 ,發(fā)現(xiàn)E端瓷套上部的墨水冒泡 ,驗證了密封問題。冒泡部位位于螺絲彈片未壓緊區(qū)域 ,顯示密封存在縫隙。
      3    原因分析

基于220 kV電容式電壓互感器發(fā)熱缺陷的綜合常規(guī)試驗及解體診斷 ,深入分析如下:

1)缺陷主要原因在于廠家出廠工藝存在不足。CVT電磁單元與下節(jié)電容單元間N、E端瓷套密封失效 ,導(dǎo)致絕緣油滲漏進入電磁單元油箱 。這使得下節(jié)電容單元缺油運行 ,形成復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。頂層缺油部分單片電容單元因電壓強度高 , 電場分布不均 , 能量損耗增加 ,介質(zhì)損耗增大 ,導(dǎo)致局部發(fā)熱。

2)該電容式電壓互感器使用膜紙復(fù)合絕緣電容器油介質(zhì) ,相較礦物油介質(zhì) ,其溶解雜質(zhì)能力更強。在缺油狀態(tài)下 ,Garton效應(yīng)明顯 ,易導(dǎo)致介損值偏大。目前雖未造成電容元件擊穿 ,但如不及時處理 ,可能導(dǎo)致局部電容單元擊穿 ,絕緣性能劣化 ,甚至互感器爆炸。

綜上 ,此次220 kV電容式電壓互感器發(fā)熱缺陷的根本原因是廠家出廠工藝不良導(dǎo)致的瓷套密封失效 , 引發(fā)絕緣油內(nèi)部滲漏 ,導(dǎo)致缺油運行狀態(tài)下介損偏大及發(fā)熱現(xiàn)象。

4    改善措施

1)為提升產(chǎn)品質(zhì)量 , 需加強產(chǎn)品出廠環(huán)節(jié)的監(jiān)督。此次事件暴露出產(chǎn)品密封性能問題 ,導(dǎo)致電容單元缺油運行。因此 ,生產(chǎn)廠家應(yīng)嚴格把控設(shè)備生產(chǎn)過程中的技術(shù)監(jiān)督工作 ,減少因生產(chǎn)工藝不當(dāng)引發(fā)的設(shè)備缺陷與潛在風(fēng)險 , 降低缺陷事件的發(fā)生概率。

2)應(yīng)完善現(xiàn)行《規(guī)程》, 以界定介損增長幅度。歷史數(shù)據(jù)對比顯示 ,某CVT在2022年3月預(yù)試時 ,C12介損值存在異常增長趨勢 ,雖在《規(guī)程》范圍內(nèi) ,但與交接試驗數(shù)據(jù)相比較為接近 ?，F(xiàn)有《規(guī)程》未明確介損值與歷史值比較異常增長時的應(yīng)對措施 ,缺乏明確指導(dǎo)。

3)為確保交接試驗數(shù)據(jù)準確 , 需加強設(shè)備交接試驗全過程管理 。考慮出廠日期為2018年2月 ,交接試驗在2020年4月進行 ,停電放置時間長 ,可能增加Garton效應(yīng)風(fēng)險。因此 ,在交接驗收中 ,如遇介損異常偏大 ,應(yīng)審慎選擇試驗順序 ,建議先進行高電壓試驗再復(fù)測介損。

4)在日常預(yù)試中 , 電容量正常但介損異常增大的情況常見 ,可能與Garton效應(yīng)有關(guān)。為避免誤判 ,應(yīng)采取以下措施:一是加強生產(chǎn)過程的技術(shù)監(jiān)督 ,提升產(chǎn)品質(zhì)量;二是對運行時間長的CVT ,在停運后數(shù)小時內(nèi)進行周期試驗;三是發(fā)現(xiàn)電容量正常但介損偏大時 ,應(yīng)進行高壓介損試驗確認。

5)紅外精確測溫技術(shù)有助于及時發(fā)現(xiàn)電壓致熱型設(shè)備內(nèi)部缺陷 ,應(yīng)在專業(yè)巡視中積極應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)紅外測溫異常或缺陷時 ,應(yīng)立即停止設(shè)備運行并進行診斷性試驗 , 以預(yù)防設(shè)備事故。

6)CVT發(fā)熱缺陷源于廠家密封工藝問題 , 可能引發(fā)批次性質(zhì)量問題。因此 ,對同一廠家、型號、批次的CVT應(yīng)特別關(guān)注 , 加強紅外測溫 、油位檢查等監(jiān)測 ,預(yù)防潛在事故。

5    結(jié)束語

本文通過對220 kV電容式電壓互感器(CVT)運行中異常發(fā)熱缺陷分析發(fā)現(xiàn) ,CVT的異常發(fā)熱現(xiàn)象主要由內(nèi)部絕緣老化和廠家出廠工藝不良引起 。為了提高CVT的運行可靠性 ,延長其使用壽命 ,建議在設(shè)備設(shè)計和制造過程中加強對絕緣材料的選擇和質(zhì)量控制 , 優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計 , 確保接觸部位的可靠性 。此外 ,在設(shè)備的運行和維護過程中 ,應(yīng)定期進行狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)防性試驗 ,及時發(fā)現(xiàn)和處理潛在的缺陷和問題。

[參考文獻]

[1]  劉松美.CvT異常分析及設(shè)計優(yōu)化[J]. 電力電容器與無功 補償 ,2022 ,43(6):50-54.

[2]  林根德 ,黃繼來 ,劉茂集 ,等. 電容式電壓互感器發(fā)熱故障 診斷與分析[J]. 電力安全技術(shù) ,2022 ,24(8):60-62.

[3]  劉濕蒲 ,王俊娜 ,樂佳琪.220  kv電容式電壓互感器發(fā)熱 故障分析及預(yù)防措施[J].變壓器 ,2021 ,58(9):81-83.

[4]  王俊娜 ,謝勵耘 ,李晟元 ,等.220  kv電容式電壓互感器常 見缺陷綜述[J].變壓器 ,2022 ,59(12):73-75.

[5]  張凱煜 ,沈云超 ,郭全軍 ,等.一起500  kv電容式電壓互感 器電壓異常事件的分析與處理[J] . 變壓器 , 2023 , 60(8):65-70.

2024年第19期第16篇