摘要：电容式电压互感器（TYD）在电力系统中被广泛使用，兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能。本文介绍了一起由红外测温发现的110kV TYD油箱过热缺陷故障，通过一系列试验分析及解体检查，确认故障为油箱内电磁单元绝缘劣化，中间变压器一次绕组损坏导致。结果表明，红外测温在发现设备内部故障方面有积极作用，对发现有异常的设备，应及时停电检查，必要时进行更换。
关键词：电容式电压互感器；红外测温；电磁单元；绝缘劣化
引言
电容式电压互感器（简称TYD）由电容分压器和中间电磁单元组成，可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能。与电磁式电压互感器相比，TYD具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点，一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。
本文介绍了一起由试验人员红外测温发现的110kV TYD油箱过热缺陷故障，通过二次电压、停电分析和解体检查，确认故障为油箱内电磁单元绝缘劣化，中间变压器一次绕组损坏导致，建议运行人员日常巡视中重视电压互感器的红外测温、电压监测和测量工作。
1 设备缺陷表征
试验人员在对110kV某变电站进行全站一次设备红外测温时，发现110kV某线路A相TYD油箱箱体过热，具体发热部位如图1所示。热点最高温度58℃，相对温差100%，检查其二次电压输出为8V（正常输出为60V左右），初步判断可能是油箱中电磁单元缺陷导致发热。
2 设备停电试验
该线路A相TYD型号为TYD 110/√3-0.007H，由桂林电力电容器总厂生产。TYD由高压电容C1、分压电容C2以及安装在下部油箱中的电磁单元组成，其电气接线原理图如图2所示，其中有中间电压引出端子（即图中A点）。中间变压器二次绕组共有两个线圈，分别是a、x，af、xf，通过接线盒引出。为查明缺陷原因，对A相TYD进行停电检查。
目标参数数值
辐射系数0.90
环境温度33 ℃
最高温度58 ℃
对比温度33℃
相对温差100%
图1 TYD油箱发热图谱
图2 电容式电压互感器原理接线图
2.1 绝缘电阻、介损和电容量测量
试验人员对高压电容C1、中压电容C2以及低压端对地进行了绝缘电阻、介损及电容量测量，试验数据如表1所示。其中，电容C1、C2的介损及电容量与历次试验数据对比无明显变化，均在合格范围内，而C2和低压端对地绝缘电阻仅1000 MΩ，低于规程要求值5000MΩ，且与上次试验数据20000MΩ相比较绝缘下降明显，C2和低压端对地绝缘电阻判断为不合格。
表1 绝缘电阻、介损和电容量测量数据
z位置绝缘电阻（MΩ）铭牌电容（pF）Cx（pF）tanδ（%）电容相差（%）接线方法
A相C1100000892790100.0760.92自激法（ ），
正接法（√）
C2100033620337620.0830.42自激法（ ），
正接法（√）
C下总70547112/0.82/
试验过程中，在测量C2的介损和电容量时，发现介损仪的高压线接在中间电压引出端子A点时，试验电压为2.5kV的时候，试验可以正常进行。当把试验电压设定到5kV的时候（经计算该TYD在运行电压下中间电压引出端子A点上的电压大概在13.25kV左右），介损仪在升压的过程中出现故障跳闸，无法进行试验。为了进一步研究缺陷所在位置，试验电压从反向加压，即介损测试仪的高压线接在C2低压端
点，测量线接到中间电压引出端子A点时，试验电压同样设定为5kV，试验可以正常进行，而且测得的试验数据与表1中的试验数据接近。这种情况说明缺陷可能是中间变压器电磁单元这一部分的元件包括一次绕组、二次绕组出现部分短路，导致无法升至正常电压。
2.2 电压变比试验
为了进一步研究查找故障点，对该TYD进行了电压变比测量试验，试验电压加在C1的上端，试验数据如表2所示。
表2 电压变比试验数据
项目额定变比实测变比变比误差/%
一次对a，x1100144091209.9
一次对af，xf63084001233.3
从电压变比测试数据来看，实际测得的电压变比是额定变比的12倍多，该TYD的电压变比明显不合格。
综合运行中的二次电压和以上试验数据，判断A相TYD中间变压器的高压绕组线圈可能绝缘老化，发生匝间或层间击穿短路。为了进一步验证试验检查结果，接下来对该TYD进行解体检查。
3 设备解体检查
（1）将中间变压器与分压电容器分离。在打开中间变压器油箱时，油箱中的油呈褐色，不断往外冒泡析出气体，如图3所示，并且闻到一股很强的油烧焦的糊味，补偿电抗器两端并联的保护间隙及保护电阻烧损。
图3 解体后中间变压器油箱中的油
（2）抽取绝缘油进行分析。测试结果显示，电容套管中的油氢气和总烃含量稍大，并含有0.04μL/L乙炔，其耐压和微水测试均合格（电容套管油无标准，参考变压器套管），表明电容套管内部无异常。而油箱中的油除了不含乙炔，其它特征气体均远超规程规定值，箱体油乙炔含量正常表明箱体内没有出现放电，氢气和总烃含量非常高且出现大量CO、CO2表明绝缘油存在长期低温过热现象，且已涉及到固体绝缘。油测试数据见表3。
表3 TYD绝缘油测试数据
油的部位氢（H2）甲烷（CH4）乙烷（C2H6）乙烯（C2H4）乙炔（C2H2）一氧化碳（CO）二氧化碳（CO2）总 烃耐压（kV）微水mg/L
电容套管797.4299.9463.7612.650.046772836176.39557
油箱箱体47571145.563756.92296.70198501539617199.122538
（3）将油箱里面的油全部吸干后将中间变压器从油箱内取出。中间变压器从油箱取出后可以看到中间变压器表面有很多类似烧焦的黑色绝缘物质，中压变压器本体表面普遍沾有炭质的油渍，除此机构没有明显的形变（见图4）。
图4 中间变压器表面烧焦物质
（4）解体中间变压器。把铁芯拆除，剥开中间变压器外绝缘时就能看到一次绕组线圈有烧焦的痕迹。将中间变压器外绝缘全部剥开约有十几层，匝间与层间已经全部烧坏，如图5所示。
图5 高压绕组匝间与层间已经全部烧坏
4 设备缺陷原因
根据设备解体检查情况，A相TYD油箱部分发热缺陷原因主要是中间变压器一次绕组内部固体绝缘出现老化，在电场作用下线圈匝、层间发生绝缘劣化后的击穿短路，导致长期低温过热，过热又使得线圈匝、层间绝缘进一步劣化。固体绝缘和变压器油在过热情况下产生大量的氢气、CO、CO2等气体，如此恶性循环，使得中间变压器一次绕组超过80%线圈受损，二次电压由原来的60V降至8V。
另外，该A相TYD现场确认未接阻尼器，线路投切时可能无法阻尼铁磁谐振，铁磁谐振产生过电压，过电压可达2倍多额定电压，中间变压器长时间过压运行发热击穿。
5 结论
（1）A相TYD油箱发热，经过分析、试验及解体验证，最终确定为TYD中间变压器一次绕组匝间、层间短路，长期处于故障状态使热击穿可能性加大。
（2）阻尼装置能够防止铁磁谐振过电压，TYD应带阻尼器投运。
（3）红外线测温诊断设备故障具有准确、实时、快速的特征，建议运行人员日常巡视中重视电压互感器的红外线测温、电压监测和测量工作，如发现异响、温度异常、二次输出电压异常等设备异常时及时通知相关人员采取措施排除设备隐患。
（4）建议加强设备监造和出厂验收管理，加强制造环境、原材料、工艺流程和质量检验的监控，严把设备出厂质量关。
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论文作者:刘利容
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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