电容式电压互感器故障初期诊断分析与研究

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

引言

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

图1 电气原理图 图2 主要结构图

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÷[？棕（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，輸出电压会升高；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（？驻U=U2-U1）由原来的1.5kv突变到3.05kv，到7月2日？驻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

图4 500kV母线电压历史数

图5 CVT热成像图

图6 二次电压回路图

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。

表3 CVT带负载运行及彻底隔离二次负载实测电压数据

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。

表4 CVT介质损耗

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：461.55uL/L，中节乙炔：2632.39uL/L，大大超过乙炔注意值：2 uL/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。

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.

[5]李长益，舜台500kv电容式电压互惠嚣故障分析[J].江苏电机工程，2003，22（4）：21～22.

作者简介：黄志轩（1979-），男，本科，电气工程师、技师，研究方向为电力系统稳定与控制。