一起电容式电压互感器二次回路故障诊断分析

冯 骏,徐 钢

(1.国电泰州发电有限公司，江苏泰州225327；2.江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102)

电压互感器是电力系统重要的一次设备，负责将高电压转换为较低的标准电压，提供给系统中的电气测量装置、电能计量装置、继电保护装置和自动装置。由于传统电磁式电压互感器（PT）易产生铁磁谐振，而电容式电压互感器（CVT）不会与外部元件(开关断口电容)形成铁磁谐振，且具有结构简单、造价较低、耐绝缘冲击强度高、绝缘裕度大等优点，在220 kV及以上的高压系统中广泛使用。CVT虽与电磁式相比有许多优点，但故障率较高，常见的有电容器受潮、部分电容击穿造成二次电压异常、油箱异音等。文中将探讨由于CVT二次接地不良导致的一起故障，提出了加强保护柜等二次安全接地的措施及采取的对策。

1故障情况

2010年7月20日下午，某发电有限公司1号机组有功功率795 MW，运行于500 kV I母线；2号机组有功功率770 MW，运行于500kV II母线；500 kV双母线正常运行方式。17时28分，NCS上“公用测控屏同步测量柜PT/CT断线”；“公用测控屏光字牌总动作”，“500 kV故障录波1，2柜及网控同步相量测量柜录波启动”等报警发出。

2故障分析与处理

现场检查。NCS上第1套母线保护柜复合电压保护动作；江港5245线、都港5246线、高泰5259线、港兴5260线RCS931D保护起动；高泰5259线ABB561保护接地选相元件动作；高泰5259线、港兴5260线零流保护正方向启动等报警发出，后均复归。

检查港兴5260线5052开关汇控箱时，发现就地汇控箱中部端子排1个固定螺栓发热烧红，周边多个螺栓有放电现象，临时将螺栓紧固则放电现象消失；测量5260线CVT二次三相对地电压，第一绕组 A，B，C 三相分别为 8.9 V，90.1 V，89.9 V，第二绕组 A，B，C 三相分别为 9.0 V，89.9 V，89.7 V，第三绕组 A，B，C 三相分别为 1.1 V，98.8 V，99.0 V；3 只CVT二次小空开均未跳闸。

进一步检查发现，故障时已发生CVT二次A相单相接地，港兴5260线就地汇控箱内固定二次电缆槽盒的螺栓有明显的间隙放电，且该线路CVT A相二次电缆绝缘严重受损（如图1所示），并有进一步恶化趋势。为防止CVT二次电缆短路造成CVT损坏，立即申请线路转为检修处理。经省调同意下令1号、2号机组解列AGC，减负荷至560 MW；汇报省调控制高泰5259线及港兴5260线潮流；汇报网调逐步将港兴线5052开关转为检修，将港兴5260线转为检修。

图1现场被放电烧灼的导线和槽板

现场初步分析认为，由于故障时已发生CVT二次A相单相接地，但CVT二次空开未跳闸，且B，C相对地二次电压升高较多，因此可以判定CVT二次中性线Un未能有效接地，可能存在松动等问题。该线路采用无锡日新电机有限公司生产的CVT，根据厂家提供的CVT内部电气连接示意图 （如图2所示）可知，经高压电容C1分压后，CVT的一次侧对地电压可达13 000 V左右，若Un不接地或接地不可靠，则CVT通过一次、二次之间的耦合电容，可以在二次侧感应出高电压（最高可达约1 000 V至2 000 V），该工频耦合电压会在绝缘薄弱环节产生对地放电现象。现场的故障现象与此分析一致。

图2 CVT内部电气连接示意图

另外，由于港兴5260线CVT二次A相的电缆与紧固二次电缆槽盒的螺栓接触紧密，存在挤压，从而造成A相电缆绝缘薄弱，在高压作用下发生击穿，而螺栓与涂刷油漆的支撑钢架接触不良，因此在间隙中产生放电现象，且周边有多个松动的小螺栓与带电的支撑钢架间发生间隙放电。进而造成该紧固二次电缆槽盒的螺栓过热，引起与螺栓直接接触的CVT二次电缆绝缘进一步受损，导致故障现象恶化。

在将线路转为检修后，拆除了故障螺栓，将绝缘受损的相关CVT二次电缆进行包扎及加强绝缘处理，检测绝缘合格，同时将所有螺栓及箱体内端子排有关接线和连接片都进行了紧固，处理完毕后报网调申请将港兴5260线转为运行。港兴5260线投运后，未再发现螺栓放电现象。

3故障引发的建议及思考

3.1几点建议

（1）进一步加强监测，并对其他同类型端子箱进行排查，消除安全隐患。

（2）结合检修，检查线路有关箱体、保护柜等二次接地状况，确保可靠连接。

（3）该厂CVT二次小空开型号为C65N/32A，额定电流偏大，所以在二次回路发生A相单相接地故障时没有跳闸。根据该厂的实际情况，选择额定电流为6 A或10 A的空开即可。很多时候，由于设计院过分考虑了小空开电流的层级配合，导致选型过大，不利于故障时小空开及时跳闸。

3.2关于电压互感器二次回路接地问题的思考

（1）根据GB 14285—2006[1]和国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）继电保护专业重点实施要求的相关规定：电压互感器的二次回路只允许有一点接地，接地点宜设在控制室内。如果是独立的，与其他互感器无电联系的电压互感器可以在开关场，靠近一次设备的地方一点接地。为保证接地可靠，各电压互感器的中性线不得接有可能断开的开关或熔断器等。而如果是多回路 （2个以上，如母线PT）公用PT，宜在控制室内的公用柜一点接地，必要时，就地的中性点可加装放电间隙或氧化锌阀片，但这也是双刃剑，应经常维护检查，防止发生电压二次回路多点接地的现象。

（2）击穿保险有机械式和电子式2种，机械式简单有效，但击穿后无法实现报警功能，而电子式可以实现报警功能，且整定便捷，是今后的发展方向。

4相关的参数计算

首先，要计算放电间隙或氧化锌阀片的击穿电压峰值，根据文献[2]该电压应大于30ImaxV（Imax为电网接地故障时通过变电站的可能最大接地电流有效值，kA），国际大电网会议工作组报告规定：对于格网式接地系统，当回路完全置于变电站地网范围内时，最大的期望横向电压（由导线及地网引入回路的电压）为每1 kA故障电流10 V，即横向电位差值10 V/1 kA，其击穿电压峰值应大于30ImaxV，即10×2×Imax≈30Imax，式中的 ■ 2 考虑短路电流中的直流分量（冲击系数取2），放电间隙两端产生的电位差值如图3所示。

图3 CVT中性点接入放电间隙后所承受的横向电位差说明

当电网发生接地故障时，通过变电站接地网的最大短路电流为Imax时，产生的横向电位差值作用于放电间隙的两端，因为放电间隙和N600的接地点都在升压站的接地网上，故放电间隙的两端承受的是横向电位差值而不是纵向对地电位。

该厂升压站位于华东电网500 kV主通道上，根据华东电网2009年度220～500 kV继电保护整定方案及调度运行说明中的数据进行计算：

取 SB=1 000 MV·A，UB=525 kV，则 IB=

式中：SB为系统容量基准；UB为系统电压基准，IB为系统电流基准。

综上所述，当该升压站发生三相直接金属性接地时最大故障电流 Imax为：1.1×45.047 9=49.55 kA，代入计算式得峰值电压为：30×49.55=1 486.5 V。

按上述10 V/1 kA进行估算，该升压站最大两点间的地电位差值约为500 V，而一般的电气设备和二次绕组的耐压值按2 kV、1 min设计，这样也不难取到整定击穿电压的配合，即放电间隙或氧化锌阀片的击穿电压可直接按该峰值电压选型。

另外，根据DL/T 995—2006[3]的规定：对采用金属氧化物避雷器接地的电压互感器的二次回路，需检查其接线的正确性及金属氧化物避雷器的工频放电电压。定期检查时可用兆欧表检验金属氧化物避雷器的工作状态是否正常。一般用1 000 V兆欧表时，金属氧化物避雷器不应击穿；而用2 500 V兆欧表时，则应可靠击穿。建议该厂将此项检查工作列入日常定期任务之中。

5结束语

通过对该故障处理分析，提出在500 kV升压站的日常维护中，应充分重视继电保护二次回路的接地问题，并定期检查这些接地点的可靠性和有效性，防止因接地问题造成电压互感器的二次回路故障，保障电网安全、稳定运行。

[1]GB 14285—2006，继电保护和安全自动装置技术规程[S].

[2]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护典型故障分析[M].北京：中国电力出版社，2001.

[3]DL/T 995—2006，继电保护和电网安全自动装置检验规程[S].