电容式电压互感器（精选8篇）
电容式电压互感器 篇1
引言
随着电网的发展, 500 k V电网成为各省主网架。目前, 变电站内500 k V电压互感器大多数为电容式, 其电容组件故障所占比例较高。但是, 对于此类容性设备的绝缘在线监测技术尚不成熟[1]。因此, 运检人员定期监测、分析运行中的500 k V电容式电压互感器 (以下简称CVT) 二次电压数值变化, 对于及时、有效地发现其内部电容组件击穿故障非常有意义。
1 CVT工作原理
CVT除具有一般电磁式电压互感器的作用外, 还可以代替耦合电容器兼作高频载波用, 在500 k V电力系统中得到了广泛的应用[2]。CVT包括电容分压器和电磁装置两部分。电容分压器又包括高压电容器C 1 (主电容器) 和中压电容器C 2 (分压电容器) 。电磁装置将分压电容器上的电压降低到所需的稳定的二次电压值, 供计量、测量和继电保护等回路使用, 其工作原理如图1所示。
由电容分压原理可知:式中, UA为系统运行电压。
由此可见, 主电容器和分压电容器对稳定二次电压所起的作用不容小视。
2 CVT电容组件故障诊断分析
2.1 CVT电容组件故障特征
CVT上下节电容内部由多个电容单元元器件串联而成[3]。分压电容利用分压比, 经中间变压器、补偿电抗器以及消谐装置, 测量系统一次侧电压。当CVT内部存在单节或多节电容击穿等绝缘缺陷时, 其故障特征不仅反应在电容电流和设备介质损耗上, 还将引起二次电压和一次电压比K的变化, 从而导致CVT测量电压发生显著变化, 并由此衍生出本文的故障诊断分析方法。
C1:高压电容C2:中压电容T:中压变压器L:补偿电抗器P:保护器件1a1n:二次1a1n绕组端子2a2n:二次2a2n绕组端子dadn:-辅助二次绕组dadn端子BL:避雷器N:低压端子X:中间变压器一次绕组末端
2.2 CVT二次电压变化与一次设备内部故障关系
2.2.1 电容组件击穿对相电压的影响
CVT二次电压和一次电压的关系, 电压比K: (设每只电容组件的电容量相等)
式中:n 2为C 2的个数;
N为全部电容组件的个数;
K为电磁单元的变比。
1) 当只有C1发生电容组件击穿时, n2和k不变, N变化, K变为:
K’与K的变化关系为:
设ΔN=N-N’, 则公式变为:
由此可见, 二次电压的变化和电容组件的击穿个数关系密切。且能看出:当电容组件的击穿只发生在C 1时, 二次电压升高。
2) 当只有C 2发生电容组件击穿时, k不变, n 2和N均发生变化, K变为:
K’与K的变化关系为:
设ΔN=N-N’、Δn2=n2-n2’, 则公式变为:
又由于ΔN=Δn2, 所以
其中 (N-n2) /n2是常量, 由此可见, C 2发生电容组件击穿时, 二次电压的变化也与电容组件的击穿个数关系密切。且能看出:当电容组件的击穿只发生在C 2时, ΔK为负值, 二次电压降低。
2.2.2 电容组件击穿对线电压的影响
假设相电压为Ua, 线电压为Uab
CVT二次电压和一次电压比K:
1) 当只有C1发生电容组件击穿时, 电压比K变为:
假设未击穿时U a=U b, 通过余弦定理:
发生击穿时, 线电压变为:
2) 当只有C2发生电容组件击穿时, 电压比K变为:
假设未击穿时U a=U b, 通过余弦定理:
发生击穿时, 线电压变为:
2.2.3 电容组件击穿时相电压和线电压的关系
以某站500k V CVT为例, 分压电容结构上共三节, 每节电容共有154个电容组件串联构成。C2由最下节电容器中选取, 数量为21个。经过计算可以得出电容组件击穿对相电压和线电压的影响如表1所示。
从上面计算结果可以看出, 不管电容击穿发生在C 1还是C 2, 电容击穿对线电压的影响基本为相电压的50%。
3 实际应用
实际工作中, 运检人员通过对某500k V变电站电压日报表数据和日电压平均数据的跟踪分析发现, 线路电压在某一时间节点前后日平均电压发生相对变化。根据本文分析方法推断出CVT发生电容单元内部损坏故障。停电检修时对这批CVT进行更换, 并返厂解体。使用火花间隙充放电仪逐个电容芯子进行测试。经过逐一检查发现电容组件有芯子击穿。验证了本文分析方法的正确性和有效性。
4 运行安全评估
1) 电容分压器C 1部分出现元件击穿引起二次电压偏高。不同型号电容分压器的C 1各单元元件个数不同, 从20~160个不等。根据单元击穿元件率的不同, 对运行评估和安全评估有较大影响;只要确认有电容分压器元件击穿, 就必须迟早退出运行, 安全上存在隐患。
(1) 单元元件击穿率在2%左右, 可以持续运行较长时间, 安全上为轻度隐患;
(2) 单元元件击穿率在5%左右, 可以短期持续运行, 安全上为中度隐患;
(3) 单元元件击穿率在10%左右, 应该立即故障停电, 安全上为重度隐患;
(4) 单元元件击穿率在20%及以上, 应该立即故障停电, 安全上为严重隐患。
2) 电容分压器C2部分出现元件击穿引起二次电压偏低。C 2元件击穿, 对计量和保护的影响程度较大, 对安全的影响程度相对较小, 因为1个元件击穿, 将带来2%~5%的电压变化, 在安全事故远未发生时, 计量和保护就已明显反应。
5 结论
文章得出以下结论:
1) 当电容组件的击穿只发生在C 1时, 二次电压升高, ΔK为正值;当电容组件的击穿只发生在C 2时, ΔK为负值, 二次电压降低。
2) 不管电容击穿发生在C 1还是C2, 电容击穿对线电压的影响基本为相电压的50%。因此, 可以通过二次电压的变化情况找出电容击穿发生的部位。根据电压变化率可以确定电容击穿个数, 作出运行安全评估, 安排状态检修。
参考文献
[1]朱德恒, 严璋, 谈克雄, 等.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[2]丁涛, 陈卓娅, 刘忠, 等.一起500kV电容式电压互感器电压异常的分析处理[J].电力电容器与无功补偿, 2010 (4) :52-55.
[3]王晓辉, 赵卫华.500kV电容式电压互感器二次电压异常状况的分析与处理[J].上海电力学院学报, 2009 (2) :10-12.
电容式电压互感器 篇2
关键词：电容式电压互感器；故障；分析；判断
中图分类号：TM45112 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0092-02
1 电压互感器的作用
电压互感器是发电厂、变电站等输、配、供电系统不可缺少的一种电器。电压互感器和变压器作用相似，都是用来变换线路上的电压，而电压互感器变换电压的目的不像变压器变换电压的目的是为了输送电能，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和负荷，或者用来在线路发生故障时保护线路中的电气设备，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几至几十伏安，最大也不超过1 kVA。
在线路上接入电压互感器变换电压，那么就可以把线路上的高压电压，按相应的比例，统一变换为一种或几种低压电压，例如通用的电压为100 V的仪表，就可以通过电压互感器，测量和监视线路上的电压。
2 电容式电压互感器简介
电容式电压互感器（CVT）是通过电容分压把高电压变换成低电压，再经中间变压器提供给计量、继电保护、自动控制、信号指示。CVT还可以将载波频率耦合到输电线路用于通信、高频保护和遥控等。
因此与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，还具有体积小、质量轻、造价低等特点，还可用于电网谐波监测，因此在电力系统中得到了广泛应用。
3 电容式电压互感器工作原理
电容式电压互感器从中间变压器高压端处把分压电容分成两部分，一般称下部电容器的电容为C2，上部的电容器串联后的电容为C1，则外加电压为U1时，电容C2上分得的电压U2为：
U2= （C1/ C1+ C2） U1
调整C1和C2的大小，即可得到不同的分压比。
为保证C2上的电压不随负载电流而改变，串入一适当的电感，即电抗器。
当把电抗器的电抗调整为：
ωL=1/ω（C1+ C2）
时，即电源的内阻抗为零，并经过中间变压器降压后再接表计，二次侧的负载电流经过中间变压器变换就可以大大减少，电容式分压器的输出容量将不受测量精度的限制。电容式电压互感器原理接线图，如图1所示。
4 电容式电压互感器和电磁式电压互感器的区别
4.1 电磁感应式电压互感器
基本结构也是铁心和原、副边绕组。工作原理与变压器相同，容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。由于本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。
因此，电压互感器的原边通常接有熔断器，副边则有一点可靠接地，避免当绕组绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。
正常运行时，电力系统的三相电压对称，副边第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使保护动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。所以，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心或采用三台单相电压互感器。电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。
4.2 电容分压式电压互感器
在电容分压的原理上制造。电容C1和C2串联，U1为原边电压，为C2上的电压。在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振过电压。
电抗可补偿电容器的内阻抗，电容式电压互感器用英文字母简称为CVT。CVT多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以降低造价、简化系统。
5 设备情况
220 kV刘尧变电站110 kVI母电压互感器，系锦州电力电容器有限公司（原锦州电力电容器厂）生产的TYD110/√3-0.02H型电容式电压互感器，1999年8月出厂，1999年12月投入运行。
6 故障发现情况
2014年9月22日13：30分，220 kV刘尧变电站值班人员发现110 kVI母C相电压互感器二次无电压，立即汇报相关领导，随后改变运行方式将IⅡ段母线并列运行并将110 kVI母电压互感器停电退出运行。
7 现场试验情况
2014年9月23日变电运检室电气试验人员到达现场对110kVI母C相电压互感器进行了检查试验，具体试验方法及数据如下。
7.1 测试环境
天气：多云；
大气温度：30 ℃；
湿度：55%
7.2 绝缘电阻
上节主电容C1一次对地：20 000 MΩ；
分压电容C2末端δ对地：23 000 MΩ；
二次绕组对地：260 MΩ；
7.3 直流电阻
af、xf：0.1 066 Ω；
a1、x1：0.01 471 Ω；
a2、x2：0.01 628 Ω。
7.4 介损及电容量测试
①自激法测量主电容C1和分压电容C2的C和tanδ：无法测出。
由中间变二次绕组af、xf励磁加压，中间变一次绕组尾端E点接地，分压电容C2末端“δ”点接介损电桥高压端，主电容C1高压端接介损电桥的“CX”端，加压2 kV。
②反接线测量中间变的C和tanδ。
98140PF/5.098%。将C2末端δ与C1首端相连，中间变一次绕组尾端E点悬空，中间变各二次绕组均短接接地用介损电桥反接线测试，加压2 kV。
③正接线测量主电容C1的C和tanδ：0.051PF/-11473%。
主电容C1高压端接介损电桥高压端，分压电容C2末端“δ”点接地，中间变一次绕组尾端E点接地。中间变各二次各绕组首尾相连接介损电桥的“CX”端，加压2 kV。
正接线测量分压电容C2的C和tanδ：20660PF/21.16%（主电容C1高压端接地，分压电容C2末端“δ”点接介损电桥高压端，中间变一次绕组尾端E点接地。中间变各二次各绕组首尾相连接介损电桥的“CX”端，加压2 kV）。
8 分析与结论
电气试验人员在进行了绝缘电阻和直流电阻试验后，没有发现明显故障点，在用自激法测量主电容C1和分压电容C2的C和tanδ时，无法升压，仪器显示回路断线，试验人员随后用反接线测试中间变的C和tanδ，证实中间变完好，故障点在主电容C1和分压电容C2上；试验人员遂采取正接线方法分别对主电容C1和分压电容C2进行测量，发现主电容C1电容量为0.051PF，tanδ为-11473%。于是判定主电容C1击穿，造成C相电压互感器二次无电压显示。
参考文献：
电容式电压互感器发热机理分析 篇3
1.1 故障实例1
某日,临河220kV集控站220kV 219 B相CVT二次电压大幅下降,油箱中的油呈黄褐色且浑浊,油箱温度较其它两相高30℃,但电容分压器单元温升不明显。该CTV的工作原理接线图如图1所示,虚线框内为CVT电磁单元。
发现这一情况后,对该CVT进行了解体检查。当拧松电磁单元油箱法兰的几颗螺栓后,刺激的油气从法兰缝隙朝外喷出。拆完一圈螺栓,用吊车将电容器单元稍微吊离下节油箱,在取下中压电容C2下端接线端子E与电磁单元之间的引线时,发现固定中压电容C2下端接线端子E的螺栓少了1只。把油箱中的油慢慢抽出,当油面低于中压互感器的接线板时,发现脱落的螺栓在中压互感器一次绕组抽头的几个接线柱间,在螺栓与接线柱接触的地方有轻微的短路熔焊痕迹,油箱中的油呈黑褐色。当油被抽完后,看到中压互感器的铁心已毁损;中压互感器绕组外包的白布带已被烧成黑炭;油箱内壁沾满了含有炭质的油渍。由此可知,引起CVT故障的原因是中压互感器一次线圈烧损。取油样进行油色谱分析,除乙炔为0外,总烃和氢气均大大超过注意值;三比值为020,故障类型是低温过热(150～300℃)。
根据CVT的解体检查情况,认为中间单元烧损是由脱落的螺栓使一次绕组部分线匝短接引起。但短路并不严重,如果短路严重,那么有可能造成下节油箱爆炸或使高压电容C1两端因电压太高而爆炸。
1.2 故障实例2
巡视某110kV变电站设备时,发现外观正常,但无异响的115 B相线路CVT底座油箱的温度达到42℃,而该站内同型号、同电压等级的CVT底座油箱温度仅为24℃,正常情况下相间的温差不应超过4℃。对该电容式电压互感器进行现场带电检查,发现该CVT二次端子1a1n、2a2n、dadn的电压都接近于0,而正常情况下应分别为100、100、33.3V。
根据故障图谱分析,储油柜温度上高下低,因此,该现象可能是内部绝缘故障、中间变压器内部短路、线圈匝间绝缘损坏或缺油等原因引起。停电,将电容式电压互感器的电容分压器吊起,对底座油箱单元进行解体检查,发现电磁单元外观良好,箱内油色和油质正常,只有中间变压器一次绕组的漆包线的漆膜被烤掉,但绕组并未变形,整个线包在解体过程中仍然排列整齐。这说明一次绕组中虽然存在短时大电流和局部过热现象,但由于油箱体积较大、散热良好,油箱发热并不严重,温度也没有急剧升高。
高压试验中发现1a1n线圈的直流电阻仅为0.002Ω,且无法用自激法测试C1、C2的介损和电容量。检查发现,1a1n线圈a、n端子短接,且其引线的绝缘外皮已经老化严重。将短接打开进行高压试验,没有发现绝缘缺陷,且1a1n线圈的直流电阻、电容的介损和电容量、TV的电压变比合格。因此,故障的主要原因为1a1n线圈a端子与n端子短接。
2 电容式电压互感器常见故障特点分析
电容式电压互感器常见故障主要有以下几种类型:
(1)中间变压器引线或中间变压器一次绕组线圈断线。发生该类故障时,电压全部加在C1上,C2上无电压,在这种情况下CVT油箱不发热。使用直流电阻测试仪进行导通测试或进行电压比测试可判断出该故障。
(2)中间变压器一次绕组对地短路。发生该类故障时,在绕组一次端施加电压进行电压比试验,二次绕组电压表指示会异常。由于一次绕组对地短路,因此较大电流会引起油箱发热。
(3)CVT二次绕组短路。正常运行时,负载阻抗很大,二次侧相当于开路,仅有很小的负载电流流过;若二次侧短路,很大的短路电流会造成油箱温度迅速升高。
(4)二次绕组并联的氧化锌避雷器损坏或二次绕组阻尼器中的阻尼电阻击穿。正常运行时,阻尼器中的电容与电感并联谐振,阻尼器呈高阻态,流经电阻的电流为几毫安,发热功率为1mW。当阻尼器中的电容击穿短路时,辅助绕组上的100V电压全部加在其电阻元件上(一般电阻值为9Ω),流经该电阻的电流为11.11A,发热功率为1.11kW,油箱中的油温会急剧上升。
3 结束语
由常见故障可知,大多故障都会导致油箱温度升高。因此,值班员在正常巡视检查时应注意电容式电压互感器油箱温度的变化,采用红外测温热成像仪能及时有效地发现设备过热性故障和潜伏性故障,有助于发现设备早期隐患。
摘要：通过解体分析变电站发热电容式电压互感器(CVT),指出其发热原因。介绍CVT常见故障类型特点,证实采用红外监测诊断技术对发现CVT设备缺陷、排除事故隐患、提高故障监测能力有效。
关键词：电容式电压互感器,过热,红外诊断
参考文献
[1]胡红光.电力红外诊断技术作业与管理[M].北京:中国电力出版社,2006
电容式电压互感器运行异常分析 篇4
近年来, 网内运行的CVT在运行中出现了多次二次回路无电压显示的情况, 影响了对设备运行情况的正确判断。以下从CVT的结构和原理上进行了分析, 指出了其中的不足, 并提出了相应的检测方法及预防措施。
1 CVT发展过程
当前, 电网对CVT的需求开始多样化, 并且要求CVT的电容大, 精度高, 负荷大[1], 若想提高CVT的负荷能力, 对电容已确定的产品, 一般实现的途径是提高中间电力变压器的一次电压, 同时要改善阻尼器的性能。因为在外部过电压或过电流的刺激下, CVT内部会产生铁磁谐振, 铁磁谐振的过电压幅值可达额定值的3~4倍。限制过电压的幅值的措施是在中间变压器的一次侧加避雷器 (如图1) , 或者是采用性能优异的速饱和电抗型阻尼器。由于技术发展的局限性, 在当时电容器行业中基本采用加避雷器的方式限制铁磁谐振过电压幅值。
然而, 近年来由于早期CVT产品内部中间变压器一次侧加装MOA导致了CVT二次侧显示电压异常情况, 影响电网的稳定运行。随着对CVT性能的不断研究, 相关的技术取得了一定的发展。尤其是对速饱和电抗器技术的研究和运用, 使CVT的暂态性能得到较大改善, 并且能在取消避雷器后, 过电压幅值仍然能够限制在中间变压器及相应部件所能承受的范围内。因此, 在CVT中加装速饱和电抗器型阻尼器逐渐得到了广泛的应用。
2 CVT结构与原理
2.1 结构介绍
CVT由电容器与电磁装置[2]组成, 工作原理是一次侧电压U通过中压电容器C2分压后传递到电磁装置[3]内的中间变压器高压侧, 中间变再将中间电压变为二次电压。其中补偿电抗器与CVT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波动, 使电压稳定。CVT结构原理图见图1、图2所示。
图中:
C:载波耦合电容
1a1n:二次绕组接线端子
C1:高压电容
C2:中压电容
U:一次电压
P:保护装置
D:阻尼器
L:补偿电抗器
BL:避雷器
dadn:剩余电压绕组接线端子
N:载波通讯端子
XL:补偿电抗器低压端子
A’:中间电压端子
T:中间电压变压器
J:带有避雷器的结合滤波器 (用户自备)
2.2 速饱和电抗型阻尼器
任何由电容和带铁心的电感所组成的电路都可能产生铁磁谐振, CVT中也存在这种情况。在中间变压器一次侧突然加压或二次侧短路又突然消除的过渡过程中会产生谐振过电压, 会使中压变压器磁饱和, 激磁电感L0下降, 回路固有频率视回路参数不同会变为电网频率的1/7、1/5或1/3, 常见的是1/3次谐波振荡。由于电网不断供给能量, 如果回路中若没有适当阻尼装置, 将会产生持续的分次谐波铁磁谐振, 其过电压幅值可达额定电压的3~4倍[4], 过电压和过电流将危害CVT电磁单元的绝缘。
为了保证CVT的高精度, 总是将回路内的串联电阻设计得尽可能低, 所以靠本身电阻来阻尼振荡是微不足道的, 必须加装阻尼器。速饱和电抗型阻尼器装于二次剩余绕组两端, 一般安装在电磁单元邮箱内。在CVT正常运行时, 电抗Ls很大, 通过的电流仅有几十毫安, 其功耗及储能均很小;但当CVT产生铁磁谐振时, Ls在过电压作用下急剧下降, 此时回路中能量主要由阻抗r消耗, 达到了阻尼铁磁谐振的目的。
3 CVT损坏原因分析
避雷器的损伤, 包括电损伤和热损伤, 电损伤主要是避雷器阀片外表面绝缘放电和击穿, 热损伤主要是阀片内部发热和阀片间接触电阻发热, 引起阀片碳化, 形成电弧通道, 最后造成不可逆的热击穿。
CVT中避雷器失效的原因, 包括正常运行时的热损伤和过电压运行时的损伤。避雷器是非线性元件, 正常运行时, 避雷器呈高阻态, 电流为微安级, 发热的功耗极小;有较高过电压时, 避雷器呈低阻态, 电流为毫安级至安培级, 功耗明显增大, 避雷器阀片发热明显增加。因此, 过电压运行时的损伤, 对避雷器的寿命起决定性作用, 且避雷器的损伤有累积效应, 剩余寿命与避雷器已有的损伤情况有关。所以在运CVT二次电压消失的缺陷情况主要是由于内部的避雷器击穿导致的。
4 检测措施
4.1 故障录波电压监测
对避雷器进行监测, 由于二次表计采样率低的原因, 一般不能对避雷器的脉冲放电做出反应。在避雷器接近寿命终点前一段时间 (一个月至六个月不等, 但几天时间内损坏的较少) , 录波图中正弦波的波峰附近可能会出现电压垂直下降又恢复的波形, 随着进一步损伤, 电压垂直下降的相位会越来越提前。随着下降的量越来越高, 避雷器进入雪崩式的损坏过程, 开口三角出现异常剩余电压, 导致故障周期越来越短, 使二次表计能够显示出较大的瞬动, 而故障录波就有可能捕捉到瞬动产生的放电脉冲。
为了及早判断CVT内部避雷器是否损坏, 建议加强故障录波的电压波形监测。
4.2 预试检查
在预试定检中加强关注带避雷器的CVT高压试验结果, 特别是中间变高压尾端绝缘电阻、下节电容量与介质损耗测试。通过分析测试结果, 有助于发现内部避雷器是否存在异常。
5 结束语
针对早期CVT在运行中多次出现二次回路无电压显示的缺陷情况, 文中从其原理和结构上进行了分析, 是因为早期的CVT为了降低一次侧的谐振过电压而在一次侧加装了避雷器, 而随着避雷器的老化, 绝缘性能下降, 导致避雷器击穿, 使CVT二次回路无电压显示。
为了改善目前CVT的运维情况, 文中提出了两种措施;
1) 采用故障录波电压监测法对一次侧加装避雷器的CVT进行监测, 以便能及时发现CVT内部的避雷器是否受损;
2) 在预试定检中加强关注带避雷器的CVT高压试验结果, 有助于发现内部避雷器是否存在异常。
摘要：针对早期电容式电压互感器 (以下简称CVT) 在运行中多次出现二次回路无电压显示的情况, 从其结构原理上对缺陷原因进行了分析, 并提出了相应的检测方法和预防措施。
关键词：MOA,CVT,铁磁谐振
参考文献
[1]房金兰, 蔺跃宏.国内外电容式电压互感器目前水平及发展趋势[J].电力电容器, 1997.
[2]GB/T4703-2007, 电容式电压互感器[S].北京:中国标准出版社, 2008.
[3]王化冰, 赵志敏.基于电容分压器的电子式电压互感器的研究[J].继电器, 2007, 35 (18) :46-49.
电容式电压互感器常见故障及处理 篇5
电容式电压互感器绝大多数故障如失调、分压比变化、匹配不当、中间变压器故障等都可以造成二次输出电压的变化, 因此这些故障首先以二次电压不正确的方式显现出来。
1二次电压失压
故障表现:二次输出电压全部为零, 但互感器外观检查无异常。
故障原因:
(1) 中间变压器一次断线或接地。
(2) 中压电容器C2短路。
(3) 早期产品的保护装置击穿导通。
在正常状态下, 中压电容器C2两端的电压约为13k V, 如果中间变压器一次接地 (如因引线过长碰触外壳使绝缘击穿而造成接地等) 或中压电容器C2击穿短路, 二次侧则无输出电压。但对于整相电容器来说, C2的短路对整相承受电压的影响较小, 以110k V电容式电压互感器为例:[13/ (110/√3) ]×100%≈20.5%, 分到每个电容元件中上升的电压较少, 因此高压电容器不会因中压电容器C2的短路而损坏。
早期产品的保护装置是装在中压电容器C2两端, 其击穿后亦相当于短路C2, 现代产品保护装置多装于补偿电抗器L两端。
故障查找:
(1) 测试中间变压器的空载电流, 可初步区分中压端子引线是断线还是接地。
(2) 有中压端子引出者, 测试的C2电容量。
(3) 无中压端子引出者, 可用历次使用的试验方法, 根据试验中出现的异常现象或用得出的试验数据与历次值和非故障同组产品的试验值相比, 得出分析结论。
2二次电压异常
故障表现:在运行过程中发现二次开口电压异常升高, 二次输出电压一相或两相与标准值相比出现数值偏离, 但设备外观检查无异常
故障原因:
(1) 高压电容器C1和中压电容器C2的电容量出现偏差使分压比出现变化, 测得的电容量变化与输出电压偏离变化规律应是一致的。
电容器是由多个电容元件组成, 当某个电容元件击穿, 相互串联的电容器数量减少, 必然导致电容量增大, 使原有的分压比出现变化, 从而引起二次电压变化。如果高压电容器C1出现部分电容元件击穿将引起二次电压上升;中压电容器C2部分元件击穿将使二次电压下降。
从故障统计数据, 多数是中压电容器C2的部分元件击穿, 引起二次电压下降, 或是由于电容分压器和电磁单元之间的密封破坏, 电容分压器的油渗漏到电磁单元, 造成电容分压器上部缺油而使上部的高压电容器的部分电容元件击穿, 引起二次输出电压升高。
(2) 中间变压器出现匝间短路, 使电压比偏离标准值。
中间变压器出现匝间短路, 相当于二次线圈减少, 二次输出电压降低, 但同时互感器运行噪声增大, 电磁单元的运行温度亦异常升高。
(3) 内部各元件失谐
电磁单元失谐, 如速饱和阻尼器因振动造成铁心气隙变化而失谐, 辅助二次负荷加大使输出电压降低。
故障查找:
(1) 测试各分压元件的电容量。
(2) 测试中间变压器的变比或空载电流。
(3) 吊出电磁单元进行检查。
3电磁单元受潮
故障表现:绝缘电阻严重降低, 红外测温电磁单元油箱温度分布出现局部升高。
故障原因:
密封不良是导致电磁单元进水受潮的直接原因。考虑到油箱中的油热胀冷缩性质, 通常在油箱上部留有5至10厘米的空间, 用以补偿因温度变化引起的油的体积变化, 油箱密封不良, 温度高时, 空间内的空气受热膨胀, 一部分空气排出箱外;温度低时, 外面的空气进入箱内, 这样的“呼吸”将空气中的潮气带入箱内, 导致油受潮。如果呼吸是发生在降雨之后, 可能会将水直接吸入或大量潮气进入箱内, 加速了电磁单元受潮。
由于CVT的油箱底部是全密封的, 上端盖处是空气间隙, 密封不严不易发现, 箱内空间的空气直接与大气连通“呼吸”, 因此一旦密封不严, 受潮的速度是很快的。
故障查找与处理:
检测电磁单元的绝缘电阻, 必要时加测介质损耗因数。
电磁单元的受潮处理可将电磁单元与分压部分拆开, 整体放入烘箱内, 在100℃下连续干燥72小时, 经电气试验合格, 同时更换油箱中的油, 组装后再经电气试验合格后即可继续使用。
4渗漏油
故障表现:外观无异常, 设备突然损坏。
故障原因:渗漏油极易引起受潮, 影响绝缘性能, 严重的甚至发生爆炸事故。电容元件出现渗漏应视为比较严重的缺陷。
电容式电压互感器的元件布置结构是高压电容器最下面一节与中压电容器在同一瓷套内 (见图3) , 电容分压引线和中压电容的末端由套管引入电磁单元的油箱内, 如果引线套管出现渗漏, 高压电容瓷套内的浸渍油将漏到电磁单元的油箱内, 使末节高压电容器上端出现缺油、干涸, 使电容元件出现放电、损坏。
故障查找:
(1) 测量各电容单元的介质损耗因数和电容量, 试验时发现介质损耗因数超标应立即退出运行, 电容单元一旦出现渗漏应立即进行更换。
(2) 红外测温检测各电容单元的温度分布, 三相应一致, 三相中同一位置红外测温的温度差相差1.4℃就应引起重视, 相差2℃及以上, 就应立即停电, 进行检查试验。
5其他故障
5.1电容式电压互感器的每相所有元件, 在出厂时都是匹配调试好的, 绝对不允许相互调换。如果现场有多组互感器需要同时安装, 电容分压器和电磁单元同时存放在同一场地, 若施工人员没有按照制造厂调试好的相别安装, 使不同相的电容分压和电磁单元安装在一起, 该相的二次输出电压可能因参数不匹配而出现不正常。所以应根据制造厂的相别标识进行安装。
5.2电磁单元运行时振动声大, 甚至油箱发热, 而二次输出电压正常。可能是互感器因运输使铁心松动, 或因电磁单元受潮导致中间变压器铁心片间短路。
5.3运行中的互感器在电网操作或参数变化时, 也有出现因铁磁谐振过电压而损坏的现象, 或因电磁单元失调而导致二次输出电压不正常, 此时应对系统参数进行分析, 避免一些特殊的运行操作方式, 也可以更换互感器, 改变其电容量试运行, 确实无法解决的可更换为电磁式电压互感器。
6结论
电容式电压互感器故障实例及分析 篇6
1 故障实例
2008年10月8日对常熟220 kV练塘变1107压变进行预防性试验，结果如表1所示，介质损耗功率因素tanδ均小于0.2%，B相(WVB110-20H)上节电容量偏大，增大了约3%，电容量变化满足规程-5%<ΔC%<+10%要求[1]，但变化量ΔC%>2.5%，初步怀疑内部存在绝缘缺陷。
经调用110 k V正母电压遥测值曲线如图1所示，发现2006年8月16日14:15时曲线均保持UA>UB>UC，压变电压输出正常;但在14:20时B相电压曲线有突然升高，变为UB>UA>UC，至停电前还是UB>UA>UC，具体电压数据如表2所示，经电压输出比较与预试结果综合判断为B相压变上节电容存在绝缘缺陷，后联系返厂检修。
2 返厂解体分析
10月16日对故障CVT厂内解体表明，上节确有一电容屏击穿(共有54屏，采用三膜二纸结构)，直接测电容量比原始+2%，其他指标未有明显变化(局部放电测量，耐压试验等)。
V
从CVT的结构可知，CVT的分压部分耦合电容器是由50个左右的单元件串联组成的。就电容量而言，其允许变化量在-5%～+10%范围内[1]，在50个单元件如有5个以下的元件发生短路损坏，还是在允许范围之内。此时，另外45个左右单元件电容要承受较高运行电压，这对运行中的耦合电容器的绝缘造成了极大的危害。
造成CVT中电容器损坏的主要原因[2]，多数是由于在出厂时就带有一定的先天缺陷。有的厂家对电容芯子烘干不好，留有较多的水分，或元件卷制后没有及时压装，造成元件在空气中的滞留时间太长，另外，还有在卷制中碰破电容器纸等，长期运行中使电容器发热，最后造成电容器整体短路击穿。
3 故障试验结果分析
CVT结构图如图2，其由电容分压器(C1和C2)、电抗器L、中间变压器B和阻尼电阻Z等组成[2]。电容分压器由电容器C1和C2分压电容器组成。
电容器C1、C2介质损耗及电容量变化对绝缘诊断比较关键。在本次试验发现的故障实例中，主要表现为电容器C1的介质损耗因数在标准范围内且相对之前数据没明显变化,但电容量变化明显,下面对CVT电容器C1部分进行分析。
将电容器C1看作2个部分C11与C12,在电容器绝缘未击穿时,其等效电路如图3所示。设电容器C1总功率损失为P1,分压电容器C11、C12部分对应功率损失分别为P11、P12,那么有P1=U12ωC1 tanδ1,P11=U112ω·C11 tanδ11,P12=U122ωC12 tanδ12,由于P1=P11+P12,可得U12ωC1 tanδ1=U112ωC11 tanδ11+U122ωC12 tanδ12,得到:
在电容器C1没有绝缘缺陷情况下，R1、R2电阻值很大，接近于开路，则有：
代入式(1)整理可得：
结合实际情况可设：电容器C1由N个等电容量Cn的电容器单元串联而成，将其中一个看作Cn1，介质损耗因数为tanδn1，其余N-1个看作电容为Cn/(N-1)，介质损耗因数为tanδN-1，整体介质损耗因数为tanδN，代入式(2)有：
作为特殊情况，当一个串联单元出现贯穿性击穿时，击穿单元不承受电压，绝缘总介质损耗等于未击穿绝缘部分的介质损耗，所以有：
由式(3)可知，对于电容器C1，当设备绝缘出现了整体受潮或绝缘老化时，介质损耗因素tanδn1与tanδN-1增大，整体介质损耗因数tanδN随之增大;由于水分子的极化作用，整体电容量也将增大，在预防性试验中，发现整体介质损耗与电容量增大时，可初步判定出现绝缘隐患。
对于电容器C1，当一个串联单元存在绝缘隐患甚至绝缘击穿时，总的介质损耗因素tanδN基本取决于剩下部分绝缘良好部分电容的介质损耗tanδN-1，从介质损耗测量很难发现绝缘隐患;当一个串联单元绝缘击穿时，电容量变化为，电容量变化比较明显。
综上可知，若被试品的介质损耗因数变化不大，总的电容量却变化明显，可知被试品存在部分电容单元短路故障;若试品介质损耗因数变大，总电容量变大，那么电容器整体绝缘已非良好，存在安全隐患。
对于线路用耦合电容器，一般用于信号通信与高频保护，其内部绝缘结构与电容式电压互感器基本相同，也是由多个参数一致的小电容单元(多为100个)串联组成，在进行绝缘预防性试验时，通过介质损耗因素与电容量测量值分析绝缘状态的原理相同。采用红外测温的手段，加强对CVT或线路耦合电容器运行发热情况监测能有效预防故障发生。为减少CVT和线路耦合电容器爆炸事故的发生，在运行中的应加强在线检测电容量变化或带电测量电容[3]。
4 结束语
电容式电压互感器的绝缘结构使得电容器存在短路故障时，试验结果介质损耗因数变化不明显，而电容量变化较明显。结合电压曲线，能快速有效地判断故障。
CVT或耦合电容器无论是先天缺陷还是运行中受潮，都首先造成部分电容器损坏，运行中有绝缘缺陷的部分发热量会增大。采用红外测温的手段，加强对CVT或线路耦合电容器运行发热情况监测能有效预防故障发生。为减少CVT和线路耦合电容器爆炸事故的发生，在运行中的应加强在线检测电容量变化或带电测量电容量。
摘要：通过对电气设备绝缘进行介质损耗与电容量测量,可以发现设备绝缘缺陷,但对于电容式电压互感器与耦合电容器等绝缘结构的设备,在进行绝缘诊断时,应更重视电容量的变化。结合电容式电压互感器的故障实例,理论分析了试验结果出现介质损耗变化不大而电容量变化明显的原因,并提出应加强在线电容量测试,实时监测绝缘运行状态。
关键词：电容式电压互感器,介质损耗,电容量
参考文献
[1]江苏省电力公司.江苏省电力设备交接和预防性试验规程[S].2001.
[2]陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].北京:水利电力出版社,1999.
电容式电压互感器 篇7
与电磁式电压互感器(TV)相比,电容式电压互感器(CVT)具有体积小、重量轻、维护工作量少、电场强度裕度大、绝缘可靠性高等优点,广泛应用于中性点直接接地高压系统的电压测量、高频通信和继电保护[1,2,3]。国外72.5kV及以上电压等级的电压互感器几乎全部采用CVT,且已有较长期的运行经验,中国35kV及以上的发电厂升压站和变电站母线以及出线上均将逐步采用CVT。
目前对CVT的相关研究多集中于对其稳态测量精度和暂态过程分析等方面[4,5,6]。随着电力系统谐波污染的日益严重,CVT谐波的测量精度问题引起了越来越多的关注。相关国内和国际标准[7]中均明确规定:“电容式电压互感器不能用于谐波测量”。文献[8]对各类电能计量元件测量误差进行了分析,指出CVT内部谐振将导致97% 以上的误差。文献[9-10]对利用CVT进行谐波电压测量存在的问题进行了讨论,定性分析了引起测量误差的原因。文献[11]对谐波情况下CVT的测量精度进行了理论研究,建立了CVT的谐波等效电路,给出了参数的计算方法,研究了二次侧负载和阻尼器对谐波环境下CVT测量的影响。但以上文献均未进行试验研究。一些研究提出了间接测试的试验方案。文献[12]提出了在CVT一次绕组施加谐波电压和在二次绕组侧施加谐波电压进行变比频率响应特性测试的方法。前者由于无法使CVT在额定工作条件下运行而精度差;后者解决了需要提供高压谐波源的问题,但多数CVT不允许进行二次侧加压。文献[13]提出了在CVT电容分压器中点施加谐波电压的试验方法,进行了CVT谐波变比的试验分析,但这种方案仍需要高压谐波源。因此,目前对CVT谐波测量特性的分析和研究中,多为理论和仿真分析,物理试验较少;间接测试方法较多,而直接测试的方法基本没有。主要是缺少高压谐波电压源和高压谐波电压基准测量手段。
本文就直接测试CVT谐波测量误差的试验方法开展了研究。首先采用小容量试验用升压变压器和现有中压谐波电压源产生高压谐波电压源,采用阻容式电压互感器(RCVT)作为基准测量设备,设计了相应的物理试验平台,对CVT谐波测量误差进行了测试。分析了采用该试验平台进行测试时出现的高压侧谐波电压放大和衰减现象的原因,并通过仿真计算进行了验证。在此基础上对试验平台进行了改进,通过仿真和试验验证了新试验方案的可行性。最后利用该平台进行了CVT谐波测量误差的试验研究。
1 采用小容量升压变压器的谐波误差测试试验
1.1 测试试验物理平台
为了进行CVT谐波测量误差的测试试验,研制了一台大功率10kV(线电压)的三相谐波电压源装置。由于CVT应用的电压等级最低为线电压35kV,而35kV的谐波源目前基本没有。因此首先提出通过小容量试验用升压变压器将10kV谐波源电压升压至35kV,相应的试验原理接线如图1所示。
图1中,升压变35kV侧的一相并联了一台试品CVT、一台用作标准测量装置的RCVT和一台试品电磁式电压互感器(TV),试验的目的是同时对CVT和TV的谐波测量误差进行测试。 三者的一次侧额定线电压均为35kV,且二次侧输出同时接入一台电能质量分析仪,以RCVT的输出作为基准,同时对CVT和TV的谐波测量误差进行分析。
试验中使用的RCVT的结构见附录A图A1。
RCVT的谐波变比幅值为二次侧与一次侧同频率的谐波电压有效值的比值。该台RCVT的标称基波变比为100/35 000=0.002 857。RCVT具有很宽的频率响应范围,可以在本试验中用作标准测量装置。
1.2 试验方案及结果分析
试验过程中使用了一台自行研制的10kV谐波功率发生器,其结构见图2。主电路开关器件采用绝缘栅双极型晶体管IGBT,开关频率为10kHz。
试验过程中控制10kV谐波功率发生器产生额定基波电压,并分别叠加231次的1kV(线电压)谐波电压,通常情况下考虑到31次谐波是满足国家标准要求的。试验过程中,RCVT的二次侧为额定负载(即谐波分析仪的输入电阻1 MΩ),而CVT和TV的二次绕组额定负载相同,试验中分别采用了100% 负载加功率因数1(简记为100% +1)、100%负载加功率因数0.8滞后(简记为100%+0.8)、50% 负载加功率因数1(简记为50% +1)和50%负载加功率因数0.8滞后(简记为50%+0.8)共4种组合。利用谐波分析仪同时记录三者的二次侧输出电压并进行谐波分析。考虑篇幅限制,试验过程得到的RCVT,CVT和TV不同负载情况下二次侧215次谐波电压的有效值如表1所示。
根据初始的设计方案,由于RCVT具有良好的频率响应特性,在一次侧施加幅值相同的1kV谐波电压时,根据其变比0.002 857,其二次侧输出的谐波电压的幅值应该基本保持为10 V/槡3 =5.773 7V。但从表1中可以看出,不同的负载情况下RCVT的二次侧谐波电压幅值出现了很大的变化,某些次数的谐波电压(如25次)出现了明显的放大,而高次谐波电压(如615次)出现了明显的衰减。放大的谐波电压说明一次侧谐波电压变大,影响试验系统的安全性;衰减的谐波电压将会影响试验的测量精度。需要对此现象进行分析并寻求解决方案。
2 高压侧谐波电压放大/衰减的分析
2.1 仿真计算
利用PSCAD建立了与实际试验系统相对应的仿真模型如附录B图B1所示,CVT和TV的负载取100%额定负载加功率因数1。图中从左到右的虚线框内依次为RCVT,CVT和TV的等效模型。需要说明的是,该仿真模型中CVT和TV采用的是基波模型而非谐波等效模型,从仿真结果可以看出,对于定性分析而言这样的做法是足够的。
仿真中采用与试验方案相同的方法,升压变10kV侧施加额定基波电压,并分别叠加231 次1kV(线电压)谐波电压,仿真得到的35kV侧相电压谐波含量如附录C图C1所示。为直观起见,图中还标出了与10kV侧1kV谐波电压对应的35kV侧相谐波电压的理论值,即。
可以看到,仿真结果表明35kV侧的25次谐波电压出现了明显的放大,而其他次数谐波出现了明显的衰减现象,与表1中RCVT的“100%+1”一栏下数据的变化规律基本相同。仿真结果验证了试验中出现的谐波电压放大和衰减现象是存在的,也表明图1的试验方案存在较大问题。
2.2 谐波电压放大和衰减的原因分析
利用PSCAD中的阻抗扫描元件,对附录B图B1所示仿真模型的各部分的阻抗进行扫描,频率扫描范围从50Hz到1 650Hz(31次谐波),所得到的结果如附录D图D1所示,图中纵轴单位为 Ω,横轴单位为Hz。图中的总阻抗幅值是指附录B图B1中从升压变10kV侧看进去的阻抗折算至35kV侧后的阻抗幅值;而负载阻抗幅值是指附录B图B1中RCVT,CVT和TV并联的阻抗幅值。
从附录D图D1中可以看到,在频率为100250Hz范围内,总阻抗幅值较其他频率范围内的值明显偏低,主要是因为升压变阻抗幅值和负载阻抗幅值在此频率范围内接近,且前者阻抗角接近90°,后者阻抗角接近-90°,试验系统发生了串联谐振,负载上谐波电压出现了明显放大现象;当频率超过250Hz后,可以看到升压变的阻抗幅值随频率的增加而线性增大,负载阻抗幅值则减小,且总阻抗幅值呈现增大的趋势,谐波电压的大部分将降落在升压变压器的漏抗上,负载上谐波电压出现了明显的衰减现象。
在附录B图B1 所示仿真模型的基础中,本文还依次进行了分别仅接入RCVT,CVT和TV的仿真工作,所得到的35kV侧谐波电压如附录E图E1所示。图中纵坐标单位为kV,而横坐标为谐波次数。各图中还显示出了2次谐波的幅值。
对比附录E图E1(b)和附录C图C1,可以看出两者35kV侧谐波电压放大和衰减的情况非常接近,说明CVT是造成高压侧谐波电压不稳定的主要原因。而从附录E图E1(a)可以看出,仅接入RCVT时也将会发生谐波电压放大和衰减,且谐波放大时对应的频率范围很宽;从附录E图E1(c)可以看出,仅接入TV则不会出现谐波电压不稳定的情况,仅谐波次数很高时发生衰减,且衰减程度很小。
通过上述仿真分析可以看到,正是由于升压变阻抗(感性)和负载阻抗(容性)的相互作用导致了35kV侧谐波电压的放大和衰减,而仅接入TV时由于其阻抗呈感性而不会出现这种现象。原有的升压变压器提供高压谐波的试验方案可用于测量TV的频率响应特性(但不能接入RCVT作为标准测量手段),用于测量CVT的频率响应特性时则存在安全风险和测量精度差的问题,需要进行改进。
3 采用大容量升压变压器的试验
3.1 新方案的有效性验证
分析图1所示的试验方案,其中的升压变压器采用的是一台试验用单相10kV/35kV升压变压器,具体参数如表2所示。可以看到,该变压器容量较小,其在高频下的短路阻抗远大于负载阻抗,使得谐波电压衰减。因此提出增加升压变压器容量的方法,通过多次仿真,发现该方法能有效解决原始试验方案中出现的35kV侧谐波电压放大和衰减的现象。因此,新的试验方案中选择了一台单相10kV/35kV油浸式普通升压变压器,具体参数如表2所示。
基于附录B图B1所示仿真模型,对采用新的升压变后的35kV侧谐波电压进行仿真,结果如附录F图F1所示。
可以看到,采用新的大容量普通升压变压器后,35kV侧各次谐波电压幅值基本保持在2kV左右。
对于容量为10kVA的升压变压器,当频率大于200Hz以后,总的阻抗值和变压器阻抗值均呈上升趋势,而负载阻抗值呈下降趋势,谐波电压大部分降落在了升压变压器漏抗上,导致负载上谐波电压出现明显的衰减现象;对于容量为1 000kVA的升压变压器,在研究的频率范围内,总阻抗值始终小于CVT阻抗值和变压器阻抗值,由于负载阻抗成容性,变压器阻抗成感性,因此总阻抗值一直很小,CVT分压稳定,因而35kV侧各次谐波电压未出现放大和衰减现象,说明采用该容量的升压变压器的试验方案可行。
对于其他型号CVT的试验,可采用如下方法选取升压变压器的容量,可采用本文后续部分介绍的方法建立CVT谐波等效模型,扫描其阻抗—频率特性,求得最小的阻抗幅值后,按照升压变压器在所研究频率范围内漏抗幅值最大值小于CVT最小阻抗幅值的1/10来选取变压器容量。
3.2 CVT变比的频率响应特性测试试验结果
在确保35kV谐波电压不发生放大和衰减的情况下,重新进行了CVT谐波测量误差的试验,表3给出了CVT二次侧100%额定负载+功率因数1时的试验数据,不同负载下CVT谐波测量误差的变化曲线如图4所示。
可以看到,CVT的谐波测量误差的变化范围较大,最高能达到100%。在相同的功率因数下,负载率越大时,同一谐波下的测量误差较小;而在相同的负载率下,功率因数越大,则同一谐波下的测量误差较小。
3.3 谐波等效电路与谐振模式分析
为了验证新试验平台设计的有效性和试验结果的正确性,建立了CVT的谐波等效模型,见图5。
图中的基本参数由厂家提供所得,补偿电抗器杂散电容和中间变压器一次侧对地电容参考文献[14]获得。
该谐波等效电路中存在较多的谐振回路,从对二次侧输出电压产生影响的角度出发,列出了其中三个谐振回路如附录G图G1所示。
根据附录G图G1(a)所示谐振电路及参数,电路电感L=53 125.37H,电路电容C=57.18nF,可计算得到其谐振频率为:
由式(1)计算可得谐振频率为2.89 Hz。该谐振模式是串联谐振,由CVT的分压电容器等效电容、补偿电抗器和中间变压器励磁电抗所共同引起。
根据附录G图G1(b)所示谐振电路及参数,电路感抗XL=j124.1ω/(1-6.205×10-8ω2),可计算得到其谐振频率为:
由式(2)计算可得谐振频率为525.55 Hz。该谐振模式是串联谐振,由电容分压器等效电容、补偿电抗器线圈、铁芯和中间变压器一次侧对地杂散电容所共同引起。
根据附录G图G1(c)所示谐振电路及参数,电路电感L =124.1 H,电路电容C=500pF,参考式(1)可计算得到其谐振频率为638.92 Hz。该谐振模式是并联谐振,是由补偿电抗器线圈和铁芯电感与其杂散电容所共同引起。
利用PSCAD得到如图5所示电路纯阻性负载下的电压传输特性(即CVT变比的倒数)的幅频响应特性如图6所示。
可以看到,图6中存在3个谐振点,分析表明谐振频率约为3 Hz,500 Hz和650 Hz。这与理论分析所得到的2.89HZ,525.55Hz和646.96Hz非常接近,表明了理论分析的正确性。
对比图4与图6可以看到,由于试验过程中施加的各次谐波电压频率大于50 Hz,故图4中未出现理论分析所得到的2.89 Hz谐振,而其中两个谐振点对应的频率为500Hz和638.92Hz,在500Hz处发生串联谐振电路中出现过电压因而导致正误差,在650Hz处发出并联谐振,流经中间变压器绕组的电流变小因而出现负误差,与理论和仿真分析的结果一致,表明了试验结果的真实有效性,同时也表明改进试验平台的可行性和有效性。
4 结论
本文对测量CVT谐波变比的试验技术进行了研究。通过试验结果发现,由于CVT的阻抗呈现容性,而升压变阻抗呈现感性,利用小容量试验用升压变提供高压谐波电压的试验方案会出现谐波放大和衰减的现象,影响了试验系统的安全性和试验结果的精确度,这种试验方案存在较大的问题。本文提出了更换大容量升压变压器的新方案,该方案能够确保高压侧谐波电压的稳定,达到了对CVT谐波变比进行测量的目的,为进行谐波条件下CVT测量误差的试验研究提供了依据。
摘要：电容式电压互感器(CVT)被广泛应用于高压系统中的电压测量、继电保护及载波通信等场合。文中研究谐波条件下CVT测量误差的试验分析方法。设计了采用试验用小容量升压变压器提供高压谐波源的试验平台,分析了高压侧谐波电压放大和衰减的原因,通过仿真验证了所得结论的正确性。在此基础上提出了将试验升压变压器更换为大容量普通升压变压器的方案,完成了CVT谐波测量误差的试验。建立了CVT的谐波等效电路并分析了谐波条件下其内部电路的谐振模式,通过理论分析和仿真计算对试验平台的有效性和试验结果的正确性进行了验证。
电容式电压互感器 篇8
目前电容式电压互感器监测手段主要四种, 高压试验是发现设备缺陷的最重要手段, 但高压试验受设备试验周期的限制;红外成像能够有效监测和诊断设备较严重的异常, 但对于CVT故障初期正确诊断率不高;CVT二次电压监测是发现其内部初期故障的有效手段, 但目前由于缺乏数据测量规范和评价标准;外观检查只适合发现外观方面的明显缺陷。
2012年500kv东莞站发现四起CVT高压电容C1部分被击穿事件, 本文通过总结这四起故障成功排除经验, 提出一套简单、可操作性强的CVT故障初期诊断方法, 并建议将该方法纳入相关规范和评价标准。
1 工作原理及主要结构
互感器是由电容分压器分压, 中压变压器将中间的电压变为二次电压, 补偿电抗器电抗与互感器漏抗之和与等值容抗XL=ZC=1÷[ω (C1+C2) ][4]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, C1、C2分别为电容分压器的高低压电容;T为中间变压器;L为补偿电抗器;P为L的保护间隙;a~n, da~dn为中间变压器二次端子;Zn为阻尼器;虚框范围为CVT电磁单元。其主要结构图如图2所示, 500kv CVT的电容分压器, 由上、中、下三节电容器单元串联组成, 上节单元为电容C11, 中节单元为电容C12, 下节载波电容单元内部包括C13和C2。每节电容单元内部由140个小电容串联而成。C11=C12=140个电容单元串联, C13=118个电容单元串联, C2=22个电容单元串联。
2 电压互感器电压异常情况
500kv东莞站采用厂家为:桂林电力电容器总厂, 型号为:TYD-500/√3-0.005H的电压互感器。500kv采用是3/2结线方式, 两段母线并列运行, 如图3。测量二次电压时发现二次电压异常情况见表1, 相同时刻后台监控一次电压见表3。根据图3和表1、表2数据分析有:1、由于各条线路和两段母线是并列运行, 因此各线路电压应基本相同;2、#4主变A相 (58.2) 、东惠甲线A (58.1) 、B (58.3) 相、500kv 2M (61.1) 与其它电压数据 (60.2至60.7) 偏差约4%, 而且相间电压同样存在偏差并大大超过电压互感器铭牌规定的0.5%误差[1,3];3、初步判断上述四组电压互感器存在问题。下文以排查500kv 2M母线CVT故障为例进行分析。
3 电压异常原因分析
3.1分压电容部分击穿, 电容式电压互感器采用电容分压原理设计, 施加在各节电容上的一次电压与自身的电容量成反比关系, 则若高压电容C1部分击穿, C1总电容会增加, 输出电压会升高;若中压电容C2部分击穿, C2总电容增加。输出电压会降低。
3.2 电压互感器二次回路接线端子松动, 产生过渡电阻, 导至负载端电压异常。
3.3 中间变压器绕组匝间短路导致变比k发生变化, 一般电压变化较大, 电压变化、保护起动、温度异常等故障现象比较明显。
4 故障排查情况
4.1 历史电压数据分析
由图4 500kv母线电压历史数据可知道, 在6月29日两段母线一次电压差 (△U=U2-U1) 由原来的1.5kv突变到3.05kv, 到7月2日△U突变到4.56kv。初步认为2M高压电容C1于29日部分击穿, 7月2日再度恶化, 之后一直稳定这个值。查看相关规定, 目前还没有一次电压允许误差范围的规范要求。
4.2 红外线成像分析
使用FLIR公司生产的P20红外线测温仪对500kv母线CVT进行测温对比, 从图5分析两母线CVT红外热像图无异常热点, 温差也正常。其中CVT相同部位最大温差为0.1K, 1M CVT上中下三节电容最大温差为0.3K, 2M CVT相上中下三节电容最大温差为0.4K, 均未超出电力设备红外诊断应用规范要求[2], 未能发现CVT故障缺陷。
4.3 二次回路故障排除
为排查是否电压互感器二次回路故障导致母线CVT电压异常, 我们进行了CVT二次绕组带二次负载运行及彻底隔离二次负载两种情况对比试验。CVT二次电压回路图见图6。试验条件: (1) 采用同一高精度仪表; (2) 在同一系统电压情况下; (3) 在CVT端子箱进行测量, 选择测量a1对n1 (即1P34对1P40) , a2对n2 (即1P36对1P41) 端电压, 减少回路电阻R1、R2及接地电阻引起的误差。
从表3数据分析有以下结论: (1) CVT二次绕组输出的绕组端电压 (a1-n1) 不受二次负载影响; (2) 一次电压相对误差0.91%, 二次电压相对误差0.96%, 不符合CVT二次绕组准确级0.2级 (两相CVT最大误差小于2×0.2%=0.4%) ; (3) 500kv II母线CVT二次两个绕组的偏差一致, 属于共模误差, 较大可能是CVT一次部分元件参数偏离引起。
4.4 停电高压试验
停电进行高压试验情况见表4, 发现CVT上节电容C11电容值与铭牌值相差1.3%, 中节C12与铭牌值相差0.989%, 以上数据未超出规程值[3]。由于击穿一只电容偏差, 所以判断高压电容C1可能击穿二只电容。为此增加比差和角差试验, 结果发现角差符合规程[3], 比差为0.6%, 超过电压互感器准确级0.2级要求, 确定其存在缺陷。
4.5 CVT解体分析
对500kv 2M CVT上节及中节进行取油样化验, 结果表明:1、上节乙炔:461.55u L/L, 中节乙炔:2632.39u L/L, 大大超过乙炔注意值:2 u L/L;2、上节和中节的乙炔含量表明曾发生过严重的放电。解剖本体后发现C11电容内两个元件击穿, C12电容内一个元件击穿, 与表5中电容值数据基本吻合。
5 结束语
通过正确测量和系统分析电容式电压互感器二次电压, 能够在不停电情况下监测到CVT初期故障且诊断率较高, 但目前尚没有电压允许误差方面的规范要求, 也缺乏这方面的实际经验总结, 本文通过总结这四起故障成功排除经验, 结合测量仪器精度、测量方法误差、系统各节点分布、CVT精确度误差等因素提出一套简单、可操作性强的CVT故障初期诊断方法, 并建议将该方法纳入相关规范和评价标准, 具体如下: (1) 测量CVT二次电压应选择最靠近二次绕组地方, 采取a1对n1、a2对n2测量方法, 才能较真实直接反映绕组端电压。 (2) 二次电压相差1%设备, 列入为重点关注设备, 因缩短监测周期。 (3) 二次电压相差2%设备, 列入为一般缺陷设备, 做好跟踪, 防止进一步恶化。 (4) 二次电压相差5%设备, 列入为重大缺陷设备, 尽快申请停电试验。 (5) 二次电压相差8%设备, 列入为重大缺陷设备, 条件容许因立即申请停电检。
摘要：电容式电压互感器 (简称CVT) 内部轻微故障缺陷, 主要通过停电高压试验发现, 而高压试验受试验周期的限制。同时, CVT内部轻微故障时, 其表象往往比较隐秘, 常规巡视维护、红外线成像等措施故障诊断准确性低, 不能满足高压设备状况的动态跟踪要求。文章总结500kv东莞变电站四次成功及时发现运行中500kv电容式电压互感器内部轻微故障的经验, 提出运行中电容式电压互感器故障诊断方法, 该方法实际应用可操作性强、效果良好。
关键词：CVT,电压互感器,电容式电压互感器,故障诊断,电压偏差
参考文献
[1]DL/T596-2005.电力设备预防性试验规程[S].中华人民共和国电力工业部, 1996.
[2]DL/T 664-199.带电设备红外诊断技术应用导则[S].北京:中国电力出版社, 1999.
[3]Q/CSG114002-2011.电力设备预防性试验规程[S].广州:中国南方电网公司, 2011.
[4]何子东, 付炜平, 霍春燕.红外监测诊断电容式电压互感器故障分析[J].高电压技术, 2008, 34 (6) :1310~1312.