220 kV电容式电压互感器(CVT)运行中异常发热缺陷分析

0   引言

电容式电压互感器(CapacitiveVoltageTransformer,  CVT)作为高压电力系统中的重要设备 ,广泛应用于电力系统的电压测量、保护和控制 ^[1] ,其稳定运行对于保障电力系统的安全性和可靠性至关重要 。近年来 , 随着电力系统电压等级的不断提升 ,220 kV及以上电压等级的CVT在电网中的应用越来越普遍^[2]。然而 , 随着运行时间的增加 ,CVT在实际运行中也暴露出了一些问题 ,其中异常发热缺陷尤为突出。异常发热现象不仅会影响CVT的正常运行 ,还可能导致设备的绝缘性能下降 ,甚至引发严重的电力事故 ^[3—4] 。因此 ,对220 kV CVT运行中异常发热缺陷的分析和研究具有重要的理论意义和实际应用价值 。对发热缺陷的深入分析 ,可以为设备的设计、制造和维护提供科学依据 ,进而提高CVT的运行可靠性 ,延长其使用寿命 ^[5]。本文通过对某220 kV CVT运行中出现的异常发热缺陷进行综合常规试验和解体诊断 , 结合实际运行数据 ,深入分析了发热缺陷的成因及影响因素 。研究结果不仅为解决该类问题提供了有效的 技术手段 ,也为今后类似设备的设计和维护提供了宝 贵的经验和参考。

1    现状概述
      某500 kV变电站在精细化测温作业中发现220 kV电容式电压互感器A相温度异常 , 中部区域显著发热 ,相间温差超过3 K。变电修试所指派带电测试班前往现场进行电容量、介损带电测试及红外温度复测,测试结果显示电容量及介损正常 ,但A相中部温度高于B、C相 ,相间温差为3.4 ℃ (图1)。据此判断CVT内部存在潜在缺陷 ,决定全面更换三相CVT , 以消除安全隐患 ,提升设备健康水平 ,确保供电可靠性。

此次发生的故障涉及一台220 kV电容式电压互感器,其结构主要由电容分压器和电磁单元构成。CVT结构示意图如图2所示。

在外形设计上 ,该互感器由两节瓷套组成 ,C2 电容位于上节 ,C11和C12 电容安装在下节 ,并通过法兰与电磁部分连接。该互感器于2018年2月出厂 ,2020年9月投入运行。服役期间 , 已进行两次周期性预防性试验 ,监测性能状态 。相关试验数据如表1和表2所示。

通过对比表1和表2数据 ,发现电容量变化平稳 , 无显著波动。但介损值在第二次测试中显著增长 ,增长幅度达两倍 。尽管如此 ,仍与交接时数据相近 ,且符合规程要求。
      2   检查情况
      鉴于设备故障状况 ,该单位已于2022年5月23日对某变电站的2号主变220 kV侧三相电容式电压互感器(CVT)进行了更换作业 。随后 ,试验班组对拆卸下来的CVT进行了详尽的诊断性试验及解体检查 ,旨在深入排查并确定互感器发热的具体原因。
      2.1    常规试验检查
      此次常规试验对绝缘电阻 、介损以及电容量进行了全面检查与评估 。鉴于下节瓷瓶的上部为发热主要部位 ,此次检查的核心任务将聚焦于该节电容的深入分析与评估 。绝缘电阻的试验数据如表3所示 ,介损与电容量相关检测结果如表4所示。

      中国南方电网的《电力设备检修试验规程》(以下简称《规程》)规定, 电容式电压互感器需满足以下绝缘要求:极间绝缘≥5000MΩ,低压端对地绝缘≥100MΩ,中间变压器一次对二次及地绝缘> 1 000 MΩ 。经过绝缘电阻试验 ,所得数据显示该节电容的绝缘阻值远超规程标准 ,完全符合规程的绝缘性能要求 ,绝缘状况良好。
      根据《规程》规定 , 电容量检测需确保每节电容值偏差在-5%~+10%内 ,若电容值增加超过+2%,应缩短试验周期 。多节电容器间实测电容值差异应控制在5%以内 。针对膜纸复合绝缘CVT ,其10 kV试验电压下tan δ值应不大于0.2%。检测发现 ,某CVT的C12介损值达0.336%,超出标准值0.2%,且比出厂时介损值高近6倍。虽电容量检测正常 ,但C12介损值超标 ,判断下节瓷套上部电容单元存在缺陷。
      2.2    解体检查
      2.2. 1   外观检查
      经过对该CVT的外观进行细致检查 , 发现其外绝缘表面保持洁净 ,未见脏污、破损或裂纹 ,且无放电现象发生 。分压电容及电磁单元的外部亦无渗漏油迹象 ,油箱密封面亦无漏油情况。二次面板内部清洁完整 , 无进水及放电现象 。在检查电磁单元油位时 ,发现A相的油位指示显示为满油状态 ,相较于B、C两相 ,其油位明显偏高。
      2.2.2   解体检查
      经过解体检查 ,确认该缺陷源于工厂工艺不良 ,表现为CVT电磁单元与下电容单元间的N、E端瓷套密封失效 。由于密封失效 , 电容单元绝缘油泄漏至电磁单元油箱内 ,CVT下部电容器单元油量减少 , 引发发热现象 。为验证结论 ,依据以下线索分析:
      1)解体前 ,通过放气孔对电磁单元排气 , 听到轻微排气声 。拆除电容单元与电磁单元接触面油箱大盖螺栓时 ,发现接触面存在渗漏油现象。观察箱内油体清澈 ,初步判断密封不良。
      2)排出电容单元内全部油后 ,对比实际油量与厂家标定油量 ,发现明显差异。
      3)进一步检查发现 , 电容单元顶部部分电容干燥无油浸痕迹 ,如图3所示 。证实下节电容单元顶部缺油 ,缺油量为总量的1/8~1/4。

      4)检查N端瓷套与法兰连接处的密封圈时 ,发现密封圈虽套在瓷套上但未实现有效密封 ,密封圈与法兰间存在约0.5 cm的间隙。
      5)观察N端瓷套底部密封情况 ,发现E端瓷套与法兰接触面设有黑色密封胶圈 ,通过四颗螺丝压接实现密封 。但检查发现压接不均匀 ,一侧存在缝隙 ,原因是螺丝未充分压紧 ,弹片作用失效 。同时 , 四颗螺丝长度不一致 ,左侧螺丝长度不足 ,螺母仅吃入几牙。
      针对底部密封不良问题进行了验证 。首先将油箱大盖螺栓紧固 ,在法兰瓷套顶部滴入墨水。由于油箱大盖密封恢复后 , 内部压力增强 ,发现E端瓷套上部的墨水冒泡 ,验证了密封问题。冒泡部位位于螺丝弹片未压紧区域 ,显示密封存在缝隙。
      3    原因分析

基于220 kV电容式电压互感器发热缺陷的综合常规试验及解体诊断 ,深入分析如下:

1)缺陷主要原因在于厂家出厂工艺存在不足。CVT电磁单元与下节电容单元间N、E端瓷套密封失效 ,导致绝缘油渗漏进入电磁单元油箱 。这使得下节电容单元缺油运行 ,形成复杂空间结构。顶层缺油部分单片电容单元因电压强度高 , 电场分布不均 , 能量损耗增加 ,介质损耗增大 ,导致局部发热。

2)该电容式电压互感器使用膜纸复合绝缘电容器油介质 ,相较矿物油介质 ,其溶解杂质能力更强。在缺油状态下 ,Garton效应明显 ,易导致介损值偏大。目前虽未造成电容元件击穿 ,但如不及时处理 ,可能导致局部电容单元击穿 ,绝缘性能劣化 ,甚至互感器爆炸。

综上 ,此次220 kV电容式电压互感器发热缺陷的根本原因是厂家出厂工艺不良导致的瓷套密封失效 , 引发绝缘油内部渗漏 ,导致缺油运行状态下介损偏大及发热现象。

4    改善措施

1)为提升产品质量 , 需加强产品出厂环节的监督。此次事件暴露出产品密封性能问题 ,导致电容单元缺油运行。因此 ,生产厂家应严格把控设备生产过程中的技术监督工作 ,减少因生产工艺不当引发的设备缺陷与潜在风险 , 降低缺陷事件的发生概率。

2)应完善现行《规程》, 以界定介损增长幅度。历史数据对比显示 ,某CVT在2022年3月预试时 ,C12介损值存在异常增长趋势 ,虽在《规程》范围内 ,但与交接试验数据相比较为接近 。现有《规程》未明确介损值与历史值比较异常增长时的应对措施 ,缺乏明确指导。

3)为确保交接试验数据准确 , 需加强设备交接试验全过程管理 。考虑出厂日期为2018年2月 ,交接试验在2020年4月进行 ,停电放置时间长 ,可能增加Garton效应风险。因此 ,在交接验收中 ,如遇介损异常偏大 ,应审慎选择试验顺序 ,建议先进行高电压试验再复测介损。

4)在日常预试中 , 电容量正常但介损异常增大的情况常见 ,可能与Garton效应有关。为避免误判 ,应采取以下措施:一是加强生产过程的技术监督 ,提升产品质量;二是对运行时间长的CVT ,在停运后数小时内进行周期试验;三是发现电容量正常但介损偏大时 ,应进行高压介损试验确认。

5)红外精确测温技术有助于及时发现电压致热型设备内部缺陷 ,应在专业巡视中积极应用。发现红外测温异常或缺陷时 ,应立即停止设备运行并进行诊断性试验 , 以预防设备事故。

6)CVT发热缺陷源于厂家密封工艺问题 , 可能引发批次性质量问题。因此 ,对同一厂家、型号、批次的CVT应特别关注 , 加强红外测温 、油位检查等监测 ,预防潜在事故。

5    结束语

本文通过对220 kV电容式电压互感器(CVT)运行中异常发热缺陷分析发现 ,CVT的异常发热现象主要由内部绝缘老化和厂家出厂工艺不良引起 。为了提高CVT的运行可靠性 ,延长其使用寿命 ,建议在设备设计和制造过程中加强对绝缘材料的选择和质量控制 , 优化内部结构设计 , 确保接触部位的可靠性 。此外 ,在设备的运行和维护过程中 ,应定期进行状态监测和预防性试验 ,及时发现和处理潜在的缺陷和问题。

[参考文献]

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2024年第19期第16篇