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一起电容式电压互感器运行故障分析

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【摘 要】 通过对一台220kV电容式电压互感器运行过程中出现二次输出电压降低的现象描述,从互感器机构上的各个环节进行深入分析,确定了造成异常的原因并提出在制造上的整改措施。

【关键词】 电容式电压互感器 异常 电压偏低 谐振

1 故障过程

2012年9月23日,220kV某变电站的一台220kV母线型电容式电压互感器在运行过程中发出响声延续十几分钟后恢复正常,此后在运行中发现二次输出电压降低。

2 产品基本参数

产品型号:TYD220/-0.01H 产品编号:PR0612175

额定一次电压U1N:220/kV 设备最高电压Um:252kV

额定二次电压U2N:100/V 剩余电压绕组的额定电压:100V

中间电压(电磁单元):35/kV 额定频率:50Hz

电容分压器的额定电容:

额定高压电容量:C1N=0.011892μF

额定中压电容量:C2N=0.062857μF

额定总电容量:CN=0.01μF 级次组合: 0.2/0.5/3P

额定负荷:150/150/300VA 额定绝缘水平:252/395/950kV

额定电压因数:1.2倍连续,1.5倍30s

3 TYD220/-0.01H型电容式电压互感器简介

3.1 产品结构简介

本产品采用一体式结构,分为电容器和电磁单元两大部分。电容器由耦合电容器和分压电容器两部分组成;电磁单元包括中间变压器、补偿电抗器及保护装置、阻尼器等。

3.2 工作原理

电容式电压互感器是由电容器分压,中间变压器将中间电压变为二次电压,补偿电抗器电抗与互感器漏抗之和与等值容抗{1/[ω(C1+C2)]}串联谐振以消除容抗压降随二次负荷变化引起的电压变化,可使电压稳定。其电气原理图见图1所示。

4 处理经过

2012年9月24日,江苏精科互感器有限公司售后服务部接到该台电容式电压互感器运行故障通知后,立即根据产品编号对该台产品的制造、控制及试验进行全过程追溯,就故障现象进行沟通并决定将该台产品进行返厂试验及解体分析。2012年11月27日产品返厂试验、检查及解体分析。

4.1 现场试验

(1)产品交接时电容量和介质损耗因数测量:

C上=0.019770μF,tanδ=0.00080;

C中=0.029320μF,tanδ=0.00072;

C下=0.062610μF,tanδ=0.00056。

(2)故障发生后电容量和介质损耗因数测量:

C上=0.019740μF,tanδ=0.00154;

C中=0.029250μF,tanδ=0.00098;

C下=0.065210μF,tanδ=0.02119。

4.2 试验现象分析

现场测量产品的电容量及介质损耗因数是采用自激法进行的,即通过对中间变压器二次绕组加压,相应地一次回路感应出相应电压作为试验电源;该试验方法测量出的C上、C中、C下介质损耗因数将产品的电磁单元部分损耗也一并计入,因而相关方面介质损耗因数的测量存在一定的误差且易受到相关因素变化的影响,从上述两次试验结果分析也明显存在此现象;交接试验中C上、C中、C下介质损耗因数正常,故障后复测中差异较大,这是因为产品运行一段时间后,相关外绝缘受到环境因素变化的影响及电磁单元故障后电容电流的变化所至.两次试验中C下介质损耗因数差异较大,因为C下同电磁单元中补偿电抗器、中间变压器及补偿绕组组成串联回路,电磁单元故障后电容电流的变化对其影响显著所至.

4.3 返厂试验及解体分析情况

(1)介质损耗因数测量:

在114kV电压下:tanδ=0.00090 在140kV电压下:tanδ=0.00075

(2)电容量:CN=0.009780μF C1N=0.011580μF C2N=0.062745μF

(3)空载电流测量:(接入避雷器与阻尼器)

在dadn两端加电压 100V:I=0.33A;P:21W 120V:I=0.37A;P:29W 150V:I=14A

(4)直流电阻测量:一次绕组A-N:1376Ω;二次绕组1a-1n:0.02213Ω;二次绕组2a-2n:0.02665Ω;剩余绕组da-dn:0.05507Ω。

(5)色谱分析(如表1)

(6)误差测量(cosφ=0.8滞后):不合格(所有准确级)

(7)补偿电抗器测量:两端加150V电压时电流为5.55mA(电抗值变小)。

4.5 解体情况

该台产品电磁单元解体照片如图2,从照片中可以看到:产品内部整洁、各引线出头合理连接牢固,内部无放电现象。

5 故障原因分析

5.1 运行故障现象分析

在运行过程中发出响声延续十几分钟后恢复正常,此后在运行中发现二次输出电压降低.内部响声的来源有:放电声及机械振动声;变压器油色谱试验结果正常说明产品内部不存在放电现象,响声的来源为机械振动声。

5.2 试验结果分析

该台产品只有误差一项不合格,造成误差变化的原因如下:

(1)二次绕组匝数发生变化:由于产品的二次绕组匝数是固定的,如果二次绕组匝数发生变化,只可能是匝间短路引起的,产品发生匝间短路的话,就会形成短路匝造成产品空载电流异常,但是从试验结果来看产品空载电流正常,且所有准确级误差皆变化;所以该台产品误差发生变化不是二次绕组匝数误差造成的;

(2)一次绕组匝数发生变化:产品的一次绕组匝数是可调的。如果一次绕组匝数发生变化,可能是接入补偿的调节绕组被短路或一次主绕组发生内部短路;但是拆开产品后检查调节绕组正常,变压器油色谱试验结果及一次主绕组直阻测量均正常;所以该台产品误差发生变化不是一次绕组匝数发生变化造成的;

(3)电容分压器的电容量发生变化:电容分压器和耦合电容器内的电容单元被击穿,造成电容器的电容量发生变化,但是从试验结果来看电容器的电容量和介质损耗因数都没有发生明显变化,所以该台产品误差发生变化不是电容器的电容量发生变化造成的;

(4)和补偿电抗器并联的避雷器被击穿:如果和补偿电抗器并联的避雷器被击穿,中间变压器低压端不经补偿电抗器直接接地,造成补偿电抗器被短路也会造成误差超差;试验测量避雷器绝缘电阻正常;所以该台产品误差发生变化不是避雷器被击穿造成的;

(5)补偿电抗器绕组匝数及气隙发生变化:通过对补偿电抗器电抗值测量发现,补偿电抗器电抗值变小.造成补偿电抗器电抗值变小的原因有补偿电抗器绕组短路及补偿电抗器气隙增大两种;变压器油色谱试验结果及绕组直阻测量均正常说明不存在绕组短路现象,因而补偿电抗器电抗值变小只可能是补偿电抗器气隙增大造成的。

5.3 补偿电抗器气隙增大的原因

(1)产品在运输过程中发生了剧烈振动造成补偿电抗器拉紧螺栓上的螺母松动,引起补偿电抗器气隙增大;产品在验收试验时没有发现问题,而是在运行一段时间后出现问题,由此可以判定补偿电抗器气隙增大是在产品运行过程中发生的。

(2)电容式电压互感器内部为L、R、C振荡电路,产品在运行过程中某一参数发生变化造成内部谐振的发生,谐振带来的剧烈振动产生噪音并造成补偿电抗器拉紧螺栓上的螺母松动,引起补偿电抗器气隙增大。

5.4 产品运行故障的原因

产品在运行过程中某一参数发生变化造成内部谐振的发生,谐振带来的剧烈振动产生噪音并造成补偿电抗器拉紧螺栓上的螺母松动,引起补偿电抗器气隙增大,气隙增大造成补偿电抗器电抗值变小导致二次输出电压降低。

6 解决措施

(1)将补偿电抗器两端夹紧压板的材料由铝板改为钢板;(2)在补偿电抗器电抗值调谐结束后,将拉紧螺栓两头的丝纹去除以防止紧固螺母松动。