两例500 kV CVT异常分析及日常运行监视探讨

(国网四川省电力公司检修公司自贡运维分部，四川 自贡 643010)

0 引 言

相比传统电磁式电压互感器(TV)，电容式电压互感器(CVT)由于结构简单，造价低等特点广泛运用于110kV及以上电网系统。但是CVT的设计受制造水平、工艺水平、原材料以及运行条件等多种因素的限制，使其在运行过程中易发生电容元件击穿等故障。CVT故障的发生不仅会影响测量计量准确度，严重时甚至可能导致贯穿性击穿造成爆炸、起火等恶性事故[1-3]。为防止上述事故的发生，在深入分析两例500 kV CVT异常的基础上，对500 kV CVT日常运行维护进行探讨。

1 CVT工作原理

电容式电压互感器(CVT)由电容分压器和电磁单元两部分组成，其设计和相互连接使电磁单元的二次电压实质上正比与一次电压，且相位差在连接方向正确时接近于零[4]。其电气原理图如图1所示。

图1 500 kV CVT电气原理图

图中，C1由C11、C12、C13组成电容分压器的高压电容器，C2为电容分压器的中压电容器； 500 kV CVT共有3节瓷套，C11在上节瓷套中；C12在中节瓷套中；C13和C2在下节瓷套中并由法兰和电磁部分连接在一起；T为中间变压器，P为保护装置，L为补偿电抗器；Z为阻尼装置。1a-1n，2a-2n，3a-3n为二次绕组作为保护、计量以及测量用，da-dn为剩余绕组。

由电容器分压原理可知

(1)

式中，U2为电容分压器的中压电容器的电压；UP为

表1 500 kV甲线CVT A相现场试验数据及出厂试验数据

注：⊿C为电容量初值变化

表2 500 kV乙线CVT C相现场试验数据及出厂试验数据

系统一次相电压。

2 现场试验

2014年2月，对500 kV叙府变电站500 kV甲、乙线线路CVT进行例行试验。试验发现500 kV甲线线路CVT A相上节、500 kV乙线线路CVT C相介损值及电容量与出厂试验数据相比均有增长异常情况，试验数据见表1及表2所示，均超过CVT状态检修规程的注意值(介损tanδ%≤0.25，电容量初值变化不超过±2%)[5]。

3 故障分析

现场试验时由于C13与C2在下节瓷套中并由法兰和电磁部分连接在一起，因此测量的是C13与C2串联总电容量。

根据电容串联可知CVT总电容量C为

(2)

(3)

(4)

利用出厂值与现场试验值计算500 kV甲、乙线CVT总电容量见表3。

由CVT工作原理可知，当CVT内部击穿电容量变化会引起一次或二次电压的变化，因此500 kV甲线CVT A相电压变化为

(5 083.82-4 952.67)/4 952.67=2.64%

500 kV乙线CVT C相电压变化为

(5 053.25-4 954.84)/4 954.84=2.59%。

表3 500 kV甲、乙线CVT电容量试验数据

为了判断CVT内部电容元件是否存在击穿现象，查阅500 kV甲、乙线线路历史电压数据如下(见表4、表5)。

表4 500 kV甲线每月1日0点电压

注：⊿U为相间电压最大不平衡率。

表5 500 kV乙线每月1日0点电压

注：2013年4月1日500 kV乙线停电，故无电压数据。

相间电压最大不平衡率为

(5)

截至2014年2月：500 kV甲线A相电压最大不平衡率为2.60%，与计算的电压变化2.64%基本一致；500 kV乙线C相电压最大不平衡率为2.57%，与计算的电压变化2.59%基本一致。初步判断为CVT内部C1电容单元击穿导致一次电压升高。

通过表4及表5分析发现500 kV甲线A相电压、500 kV乙线C相电压比其他两相电压偏高且电压逐渐增高，同时相间电压最大不平衡率呈现逐渐增大趋势，与现场试验500 kV甲线线路CVT A相上节、500 kV乙线线路CVT C相介损及电容量与出厂试验数据相比均有异常增长情况一致；从而排除了试验干扰导致试验数据错误的可能，间接证明了CVT内部电容元件击穿的判断是正确的。于是申请对故障CVT进行更换，避免了因CVT内部故障而可能引起事故的扩大。

4 解体检查

为了查明故障原因，返厂对故障CVT进行解体检查，解体前试验数据如下(见表6、表7)。

将CVT分压器解体，把芯子从套管中取出。对分压器的元件逐一进行2.15 kV 的直流耐压检查，检测出甲线CVT A相(解体检查)发现从上往下数第55、71、74、75、77、80、82 号元件击穿，共7 只元件击穿；乙线C相互感器上节分压器从上往下数第36、48、50 只元件击穿，共3 只元件击穿。

根据现场解剖的情况可以判断此次互感器故障的原因是：元件极板铜引出片边缘毛刺清理不干净，局部场强集中导致元件击穿。由于元件极板铜引出片的制造采用冲压的方式，铜引出片边缘容易产生毛刺，铜引出片冲压后必须对边缘进行清理，清理时若不注意，可能会使铜引出片的边缘有极少的毛刺产生，局部场强集中，毛刺有可能会产生低能局部放电，在电场的长期作用下导致部分元件击穿。由于是C1元件击穿，C1电容量变大，C1阻抗变小，导致二次输出电压偏高。

表6 500 kV甲线CVT A相返厂数据及出厂试验数据

表7 500 kV乙线CVT C相返厂数据及出厂试验数据

5 防范措施

500 kV CVT内部故障以电容元件击穿为主，由于内部元件击穿是一个逐步缓慢发展的过程，若早期出现的内部元件击穿故障未及时处理，将有可能导致CVT内部元件逐渐击穿导致继电保护误动作、设备爆炸等事故。因此，为了及早发现CVT内部缺陷，提出以下几点建议。

1)110 kV(66 kV)～500 kV 互感器在出厂试验时，局部放电试验的测量时间延长到5 min[7]。

2)CVT例行试验时，不仅要关注CVT介损值，更要关注电容量的变化并结合历次试验数据纵向、横向比较综合分析，即使电容量变化未超出规程规定值，但其变化已明显大于其余几节时，应引起足够注意[8]；对于电容量变化量接近或达到2%的CVT应查阅其历史电压数据，以每月1日0点或15日0点相间电压最大不平衡率进行对比分析(参见表3与表4)。

3)应及时处理或更换已确认存在严重缺陷的电压互感器；对介质损耗因数上升或怀疑存在缺陷的电压互感器，应缩短试验周期，进行跟踪检查和分析，以查明原因[9]。

4)随着500 kV变电站无人值守的稳步推进对设备运行监视提出了更高的要求。由于CVT是全密封设备，除发生渗漏油、异常声响等较易发现的故障外，内部故障一般不易发现，由CVT工作原理可知其内部故障可导致运行中的CVT一次或二次电压异常，实际运行中可监视CVT一次与二次电压，可以较早的发现CVT的异常情况。

5)定期抄录一次、二次电压以及开口电压3U0，以每月1日0点或15日0点为宜，计算其最大相间电压不平衡率以便跟踪分析。国家电网公司《110(66) kV～500 kV互感器运行规范》中第二十一条明确了电容式电压互感器二次电压异常现象及引起的主要原因[10]。若监测到三相相间电压最大不平衡率超过2%，为排除CVT二次回路压降或者故障导致二次电压异常，应立即通知二次继电保护人员从CVT 端子箱直接测量二次电压以便准确测试CVT二次电压值；若判断确为CVT内部元件击穿，应尽快申请停电对CVT进行诊断性试验。

6 结 语

简述了500 kV叙府变电站两只CVT同时出现电容量及介损异常增加的现象，结合返厂试验及解体检查情况分析得出：由于原材料或制造工艺致使CVT内部电容元件在持续电压作用下局部场强集中，最终导致电容元件击穿；电容元件击穿不仅导致电容量增加，同时也会引起介损异常变化。最后对CVT出厂试验、例行试验以及日常CVT日常运维监视进行了探讨。

[1] 印华，王勇，宋伟，等.电容式电压互感器常见故障及原因分析[J].电工技术，2007(10)：70-71.

[2] 张霁. 电容式电压互感器的特点及存在的问题[J].江苏机电工程，2000，19(1)：35-36.

[3] 孙鹏举.500 kV变电站电容式电压互感器故障原因分析及经验教训[J].电力设备，2008，9(10)：65-67.

[4] GB 4703—2007，电容式电压互感器[S].

[5] 伟国家电网公司.输变电设备状态检修试验规程[S].

[6] 唐铁英，徐建文.电容式电压互感器潜伏性故障发现及原因分析[J].中国电力教育，2011(18)：130-131.

[7] 国家电网公司.十八项电网重大反事故措施(修订版)[S].

[8] 郭丽娟，徐宇军.500 kV电容式电压互感器介损超标原因分析及处理[J].广西电力，2009(10)：27-28.

[9] 国家电网公司.预防110(66)kV～500 kV互感器事故措施[S].

[10] 国家电网公司.110(66)～500 kV互感器运行规范[S].