电容式互感器

    2001年4月，我局专业技术人员和CVT厂家人员一起，对拆下的CVT进行了解体检查。当工作人员用扳手拧松电磁单元油箱法兰的几颗螺栓后，刺鼻和刺眼的油气从法兰缝隙朝外喷出，明显感到内部聚有很大压力。拆完一圈螺栓，用天车将电容器单元稍微吊离下节油箱，在取下中间电压端子A′和中压电容C2下端接线端子δ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δ的4只螺栓少了一只，因油箱中的油较满，也看不到这只螺栓掉到了哪里。工作人员用器具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，人们终于看清了，掉下的螺栓落在了中压互感器一次绕组抽头的几个接线柱中间。在螺栓与接线柱接触的地方，发现有轻微的短路熔焊痕迹。油箱中的油已经失去了其应有的淡黄色，而变成了象酱油一样的黑褐色。在往外抽油的过程中，油中不断有气体逸出，油中泛起黑褐色的泡沫。当油被全部抽完后，人们看到了中压互感器的铁芯已经烧得没有了硅钢片特有的光泽，最外层的硅钢片已被烧变了形，中间鼓起来了。中压互感器绕组外面包的白布带已被烧成黑炭质，用手一扣就有渣子掉下来。油箱内壁沾满了含有炭质的油渍，用手一摸全是黑。为了拆掉补偿电抗器的引线，工作人员将出线端子盒上方的盖板拆开，发现这个盖板因内部压力太大已经鼓肚。至此，CVT的故障已经十分清楚，那就是中压互感器一次线圈烧损。既是这样，我们还是让油务人员取了油样，进行了油色谱分析。分析结果：除乙炔为零值外，总烃和氢气均大大超过注意值;经计算三比值为020，故障类型是低温过热(150～300℃)，这进一步印证了故障的情况。根据对CVT解体检查所发现的情况，我局技术人员和设备厂家人员一致认为，造成中间单元烧损的原因是，固定中压电容C2下端的一只螺栓掉入中压互感器一次绕组的接线柱丛中，使一次绕组部分线匝被短接，其交流阻抗减小，一次电流超过额定值，造成一次绕组烧毁。但螺栓造成的短路不是太严重，或者说被螺栓短接的匝数并不多，因为如果短路严重，短路电流所产生的热将在短时间内使变压器油分解出大量气体，这有可能造成下节油箱爆炸，或使高压电容C1两端所加电压太高而使其爆炸。至于这只螺栓为什么会在运行中脱落，我们认为，这是该设备在安装时未紧固好，工序间检查时也未发现。设备运行后，它位于中压互感器的交变电磁场中，在交变电磁场的作用下不断振动、转动和向下移位，以至于最后脱落，造成中间互感器一次绕组短路。所幸的是，在这次对继电保护自动装置检验中，发现了这个问题，并及时进行了更换，防止了更为严重的设备事故发生。

    金原变电站有两条110kV电源线路，正常运行时，一条主供一条CVT备用。为了在主供线路发生永久性故障时能快速合上备用线路开关，110kV系统装设了BZT装置。如图1所示，BZT装置接入金原110kV南北两段母线电压和两条线路侧电压，通过装置的切换把手，可以分别将每条线路转换为主供线路或备用线路，并把相应母线电压、线路电压和二次回路做相应的切换。正常运行方式下，紫金线为主供电源，T金线备用，这时将金原110kV北母线电压和T金2线路侧电压切入BZT装置，北母线电压反映主供电源工作状态，T金2线路侧电压反映备用电源是否正常，能否起到备用作用。
    这套BZT装置是2000年12月份安装的。今年3月中旬，继电保护人员对装置进行投运前检查。工作人员在装置屏后端子排上测量了两段母线电压和紫金线路侧电压，正常：当测量备用电源T金2线路侧CVT的二次电压时，没有电压。当时工作人员认为线路没带电，就将此事搁下，而只对装置本身进行了检验。因那时全站设备要进行定期高压试验，只有将备用线路投入运行，主供线路设备才能停下作试验。运行人员同调度联系后将T金线投运带全站负荷，紫金线停运。这时继电保护人员确知T金线有电，便再次在BZT装置屏上测其线路侧电压，仍旧没有。CVT二次保险，没有爆;拆了回路核对线芯，没有问题;拔下二次保险，直接在二次出线端子上测量，还是没有电压。继电保护人员这才意识到可能是CVT内部出了故障。所以在很快对紫金线设备做完高压试验后，将紫金线投入运行，安排T金线停电，拆除其线路侧CVT的一次引线进行试验。
    这台电容式电压互感器的型号是是2000年12月份才投入运行时，CVT的电气原理如图2所示。高压试验人员先测试了CVT的高压电容C1、中压电容C2以及总电容量，再试验了介质损耗，与设备出厂时和投运前的试验数据相比变化不大，说明电容分压器单元没有问题。
    为查清CVT的电磁单元有什么问题，试验人员先用万用表的电阻档测中压互感器的一次线圈电阻，其阻值为500多欧姆;然后在中压互感器的一次线圈上加交流电压，测二次电压的值，当一次电压升高时二次电压不仅不升反而下降;最后在中压互感器二次侧的da、dn线圈上加交流电压，用静电电压表测一次电压的值，电压均为零。根据这些试验情况和数据，试验人员初步判断电磁单元内部可能有短路。因没有更为详细的关于这些型号CVT的技术和试验数据，所以当时无法判定具体的故障。鉴于设备要尽快投运(该站载波通讯的结合滤波器接在这台CVT下)，检修人员就将这台CVT拆下，我局物资公司通知设备厂家在郑州的办事处，第二天就送来一台新的电容式电压互感器。
    新CVT与原来的型号一样，只是电磁单元的结构稍有不同。有这台新CVT作参考，工作人员又对拆下的CVT电磁单元的线圈直流电阻和在二次侧加压重做了试验，对比试验数据如表1所示。这些数据表明，T金线路侧电容式电压互感器电磁单元的中压互感器一次绕组发生了短路。于是，工作人员很快对新CVT进行了试验和安装，及时投入了运行，并将旧CVT运回局里准备解剖检查。

    电容式互感器主要由电容分压器和中压变压器组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持0.1MPa正压的绝缘油，并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压，电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密封油箱内的变压器，补偿电抗器和阻尼装置组成，油箱顶部的空间充氮。一次绕组分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻尼装置抑制谐振，阻尼装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻尼装置有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电阻负载，使振荡能量很快被降低。