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電容式電壓互感器狀態(tài)檢測方法及應(yīng)用

2010-07-12 17:37何文林谷小博金祖龍
浙江電力 2010年7期
關(guān)鍵詞:電容量電容式互感器

何文林, 谷小博, 金祖龍, 孫 翔

(1.浙江省電力試驗研究院, 杭州 310014; 2.衢州電力局, 浙江 衢州 324002)

電容式電壓互感器狀態(tài)檢測方法及應(yīng)用

何文林1, 谷小博1, 金祖龍2, 孫 翔1

(1.浙江省電力試驗研究院, 杭州 310014; 2.衢州電力局, 浙江 衢州 324002)

為及時掌握電容式電壓互感器(CVT)的運行狀態(tài), 對三相和單相 CVT 采集電壓信號進行實時監(jiān)測告警并設(shè)定了越限告警值。在加壓繞組的選擇、所加電壓的確定二個方面提出了自勵法進行疊裝式CVT 的介損試驗方法。 通過電壓檢測并輔以介損試驗, 可有效監(jiān)控 CVT 的絕緣狀態(tài), 確保設(shè)備的安全運行。

電容式電壓互感器;監(jiān)測;介損

電容式 電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer,CVT) 受設(shè)計、制造、工藝水平和原材料等多種因素的限制,其承受高電壓的電容分壓器介質(zhì)存在擊穿的可能,不僅會影響測量準(zhǔn)確性,更嚴(yán)重的有可能造成爆炸、起火的惡性事故,運行中如不及時發(fā)現(xiàn)異常情況,就會影響電網(wǎng)的安全運行。

為及時發(fā)現(xiàn) CVT 的潛在故障, 提高 CVT 的安全運行水平,國內(nèi)有學(xué)者對 CVT 早期故障監(jiān)測方法進行了初步研究[1], 認為當(dāng)發(fā)現(xiàn) CVT 高壓試驗數(shù)據(jù)存在異常時,可通過調(diào)閱其二次電壓數(shù)據(jù)進行對比分析,并結(jié)合電容量和損耗的變化,可有效判別 CVT 早期故障, 防止事故擴大。

本文介紹了基于電壓檢測和介損試驗的 CVT健康狀態(tài)檢測方法,分析了該方法的實際使用效果。

1 CVT的運行狀態(tài)檢測

1.1 CVT 結(jié)構(gòu)

圖1 CVT 結(jié)構(gòu)原理圖

CVT 結(jié)構(gòu)見圖1,利用電容分壓器將系統(tǒng)電壓降到中壓(10~20 kV), 再經(jīng)過中間變壓器降壓后輸出至計量儀表和繼電保護裝置。CVT 具有造價低、可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備功能的特點,同時又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性。 CVT 從結(jié)構(gòu)上可分為兩類: 一類是分裝式,其分壓器和電磁單元分別為一單元,可在現(xiàn)場組裝,中壓連線外露;另一類疊裝式,分壓器和電磁單元合裝在一個瓷套內(nèi),中壓線連線不外露。

1.2 CVT 運行狀態(tài)檢測

當(dāng) CVT 發(fā)生部分電容損壞或絕緣異常等情況時,二次側(cè)電壓會發(fā)生相應(yīng)變化, 如三相 CVT的 3U0電壓值會變大, 各相間電壓幅值將出現(xiàn)較大差值,單相電壓超出正常值等,CVT 從異常到發(fā)生損毀事故有一個發(fā)展的過程。

為及早發(fā)現(xiàn) CVT異常情況,避免設(shè)備事故的發(fā)生,可利用測控裝置采集的 CVT 電壓值, 通過采集 CVT 各相電壓 Ua, Ub, Uc以及三相開口三角電壓 3U0等信號,輸入變電站監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA),在后臺進行邏輯分析、判斷,輸出告警信息,實現(xiàn)CVT在線監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)異常并報警。

三相 CVT 電壓監(jiān)測告警包括 3U0幅值越限告警、電壓不平衡告警、幅值越限告警3種告警方式, 三相 CVT 電壓監(jiān)測告警邏輯見圖2。

對于三相接線方式的 CVT, 當(dāng) 3U0大于設(shè)定3U0幅值越限整定值(如 1.5 V)時報 3U0幅值越限告警。當(dāng)任意兩相電壓幅值差絕對值與其中一相電壓幅值相比, 大于不平衡度定值(如 3%)時報電壓不平衡告警。當(dāng)電壓超過設(shè)定的限值且持續(xù)時間大于設(shè)定值(如 30 s)時, 報 CVT 電壓幅值越限告警。

單相 CVT 電壓監(jiān)測告警包括電壓不平衡告警和幅值越限告警 2種告警方式,單相 CVT 電壓監(jiān)測告警邏輯見圖3。

單相 CVT 的電壓不平衡告警采用同相位電壓比較的方式,當(dāng)被監(jiān)視的 CVT 電壓幅值與同名相其它電壓互感器電壓幅值之差的絕對值,與兩者之一的電壓幅值相比,大于不平衡度定值(如2%)報電壓不平衡告警。當(dāng)電壓超過設(shè)定的限值并持續(xù)時間大于一定的時間(如 30 s)報 CVT 電壓幅值越限告警。

2 疊裝式 CVT的介損測試

圖2 三相 CVT 電壓監(jiān)測告警邏輯圖

圖3 單相 CVT 電壓監(jiān)測告警邏輯圖

對分裝式 CVT 的介損試驗可采用常規(guī)正接線方式,無太多試驗安全風(fēng)險問題。對疊裝式CVT 的介損試驗一般采用自勵法, 試驗較復(fù)雜且有明顯的安全風(fēng)險。采用自勵法進行疊裝式 CVT介損試驗時,需從加壓繞組的選擇、所加電壓的確定二個方面來控制安全風(fēng)險。

自激法測試從剩余繞組 da,dn 加壓,在測量C2時, C2與中間 T 的電感及補償電感會形成諧振回路,從而會出現(xiàn)危險的過電壓,所以測試時一定接上阻尼電阻, 即從 da, dn 上加壓, 其余繞組開路。

在進行 C1測量時, 由于 C2和標(biāo)準(zhǔn)電容相串聯(lián),試驗電壓主要降在標(biāo)準(zhǔn)電容上,所以N端子上將有高電壓。由于出廠時 N端子耐受的電壓為4 kV, 介損試驗電壓一般以 2 kV 為宜。 其電壓不能用 T 的變比進行計算。 當(dāng)測量 C2時, 由于 C2較大,測量回路可能會發(fā)生工頻諧振,為防止產(chǎn)生過負荷,低壓勵磁電流不能過大,以免損壞被試 CVT 的電磁單元。

由于自激法的外施電壓不容易控制,易造成過電壓,燒毀電磁單元。有關(guān)反事故技術(shù)措施中明確規(guī)定, 當(dāng)采用電磁單元為電源測量 CVT 的電容分壓器 C1和 C2的電容量和介損時,必須嚴(yán)格按照制造廠說明書規(guī)定進行。近年來一些廠家的 CVT 不允許用自激法測量, 所以在進行 C1, C2介損試驗時,一般測量 C1, C2串聯(lián)在一起的介損和電容量,此時應(yīng)采取合適的試驗接線以減少中間變壓器對測試結(jié)果的影響。

3 CVT運行狀態(tài)檢測技術(shù)的應(yīng)用分析

截止 2009 年底, 某省電力公司系統(tǒng)在運的CVT 8 577 臺, 約占電壓互感器總量的 75.32%。其中 500 kV, 220 kV 和 110 kV 電壓等級的 CVT分別為 754 臺、 2 205 臺和 5 618 臺。

2006 年以來, 110 kV 及以上電壓等 級的CVT 發(fā)生缺陷的共計 57 臺, 均已處理或者更換。57 臺缺陷 CVT 按照電壓等級分布如表1 所示。由表1 可以看出, 220 kV 電壓等級CVT 發(fā)生缺陷的比例最高。

表1 缺陷 CVT按照電壓等級分布

57 臺缺陷 CVT 按照制造日期分布如圖4 所示。 由圖4 可以看出, CVT 缺陷主要發(fā)生在 2004及 2005 年出廠的產(chǎn)品中, 共計 27 臺, 其中 2005年 21 臺、 2004 年 6 臺, 占缺陷 CVT 總臺數(shù)的47.4%。 57 臺缺陷 CVT 按照缺陷原因分布如表2所示。

由表2可以看出,按照缺陷現(xiàn)象分類,運行中二次電壓異常和 3U0報警的電壓監(jiān)視異常的CVT 為 35 臺, 占缺陷總臺數(shù)的 61.4%, 事后的介損或電容量測試大多超標(biāo),說明電壓監(jiān)視可以有效反映 CVT 的潛在缺陷。

圖4 缺陷 CVT 按照制造日期分布

表2 缺陷 CVT按照缺陷原因分布

由表2還可以看出,電壓監(jiān)視正常但介損或電容量超標(biāo)的 CVT 為 16 臺, 占缺陷總臺數(shù)的28.1%, 說明常規(guī)介損試驗是電壓監(jiān)視的有效補充。

以某 500 kV 變電所 5440 線 B 相 CVT 為例,運行中二次電壓異常 3U0報警。系統(tǒng) 3U0整定值為 1.5 V, 故障報警值為 1.53~1.57 V。 主控室監(jiān)控后臺電壓顯示為 A 相 294.8 kV, B 相300.4 kV,C 相 296.7 kV,B 相電壓偏高, 停電后經(jīng)測試 B相 CVT 中節(jié)電容量及介損異常。根據(jù)故障情況及測試數(shù)據(jù)初步分析為中節(jié)元件有擊穿現(xiàn)象。對中節(jié)進行解體后發(fā)現(xiàn)共有 2個電容分壓元件擊穿,分別為第 16 個和第 21 個 (從中節(jié)上部至下計數(shù)), 擊穿點在該元件的引箔邊緣, 見圖5。 其中第 16個元件由于擊穿導(dǎo)致開路造成總電容量及介損變大。分析認為,引線箔在介質(zhì)中形成一個電場畸變區(qū),其場強比元件其它點的均勻電場的場強高,加之個別引箔的微小毛刺,使介質(zhì)的絕緣產(chǎn)生薄弱點,在投運沖擊后,誘發(fā)介質(zhì)逐步損壞,最終導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。

圖5 電壓監(jiān)視異常的 CVT解體結(jié)果

4 結(jié)語

電容式電壓互感器加裝電壓監(jiān)測裝置可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,利用 SCADA 系統(tǒng)實現(xiàn)電壓監(jiān)測功能,不增加設(shè)備投資和運行維護成本,對正確評估設(shè)備狀態(tài)起到積極作用。

現(xiàn)場測量 CVT 中電容分壓器 C1和 C2的電容量和介損時,必須嚴(yán)格按照制造廠說明書規(guī)定的試驗方法進行,如需采取自激法須嚴(yán)格控制電磁單元的勵磁電流和電容器 C2尾端的電壓。

[1]付 煒 平 , 霍 春 燕 .CVT 早 期 故 障 監(jiān) 測 方 法 [J].電 力 電 容器與無功補償,2009,30(2)∶29-31.

[2]熊鈴.電容式電壓互感器介損測量方法及誤差分析[J].四川電力技術(shù),2008,31(增刊)∶25-27.

(本文編輯:楊 勇)

Detection M ethods of Operational Health State and Application of Capacitor Voltage Transformer

HEWen-lin1, GU Xiao-bo1,JIN Zu-long2,SUN Xiang1
(1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute,Hangzhou 310014,China;2.Quzhou Electric Power Bureau, Quzhou Zhejiang 324002, China)

Voltage signal is acquired from three-phase and single-phase capacitor voltage transformers(CVT)for real-timemonitoring alarm and out-of-limit alarm value is set in order to obtain the running state of CVT timely.Self-excitation method is proposed for superposition CVT dielectric loss test from the aspects of the selection of supercharged wind and determination of voltage applied.CVT insulation can be effectively monitored to ensure safe operation of equipmentby voltage testand dielectric loss test.

CVT; monitor; dielectric loss

TM451+.2

: B

: 1007-1881(2010)07-0004-04

2010-04-21

何文林(1963-), 男, 浙江浦江人, 高級工程師,從事變壓器類設(shè)備的運行、檢修和試驗研究工作。

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