500 kV电容式电压互感器电磁单元试验研究

邓 威，毛 娟

(广东电网公司中山供电局，广东 中山 528400)

0 引言

电容式电压互感器(CVT)因具有结构简单、耐绝缘冲击强度高、抗铁磁谐振性能好等优点，在110 kV及以上电力系统中得到了广泛应用。然而，由于受材料、设计、工艺的影响，CVT在运行中仍暴露出不少问题，严重时甚至可能发生爆炸。

近期，某供电局运行人员在巡视时发现一500 kV线路CVT电磁单元渗漏油，于是从另一变电站拆除备用间隔中的CVT将其替换。安装前试验一相CVT下2节电容器tanδ及电容量反接线法试验数据合格，但再次进行整体正接线法试验时数据却不合格。检查发现，该CVT中间变压器高压绕组调匝端子箱密封圈损坏，导致进水受潮。

下文分析了目前运行的500 kV CVT的内部结构原理，介绍了电磁单元常见的异常及故障现象，提出了几种停电绝缘检测方法。

1 500 kV CVT结构原理

500 kV CVT总体上分为电容分压器和电磁单元2部分。电容分压器由高压电容C1(通常由C11，C12，C133节串联)和中压电容C2串联组成；电磁单元则由中间变压器、补偿电抗器及限压装置、阻尼器等组成。运行电压经过电容分压后输出至中间变压器，分别用作计量、测量、保护。运行电压经过中压电容C2后，可接载波装置；其中，中压电容起耦合作用。

高压电容C1由电容器C11，C12，C13自上而下串联而成，C11，C12单独瓷套，C13与C2共瓷套。中压输出端不引出，但可通过接地刀闸K接地，便于使用反接线法测试电容C13及C2的tanδ和电容量。

CVT的瓷外壳内装有以薄膜与电容器纸复合材料为介质的多个串联电容器元件，并以绝缘油进行真空浸渍。电磁单元将中间变压器、补偿电抗及所有附件都装在一个铁壳箱体内，承受的电压一般低于20 kV。CVT电容分压器与电磁单元之间过渡用的中压套管采用不饱和聚脂玻璃纤维复合材料作为绝缘层，具有绝缘强度高、介质损耗低、脆性小等特点。

2 500 kV CVT电磁单元常见故障分析

CVT常见故障有电容器击穿、爆炸，二次电压输出异常，二次端子排烧坏等。其主要原因是电容分压器和电磁单元受潮绝缘水平下降、设计场强过高、铁磁谐振、内部元器件击穿、安装不合理等。

电磁单元常见的故障异常主要有以下几类。

2.1 油箱发热

在投切CVT设备过程中，高压母线可能产生较大过电压，导致设备二次阻尼器元件损坏，破坏阻尼器工频谐振条件，从而导致电气发热，使阻尼器所处的互感器电磁单元温度异常。

图1 500 kV CVT的电气原理与设备结构

2.2 绝缘受潮

(1) 内部膨胀器在试漏过程中漏气进水，在产品运行或放置一段时间后，水分逐渐溶解在油中。

(2) 产品清洗时油压塞子未紧固，造成进水。

(3) 二次端子箱、高压绕组调匝端子箱密封不严，导致进水受潮。

2.3 中压套管绝缘损坏

CVT电容分压器与电磁单元之间过渡用的中压套管主要采用不饱和聚脂玻璃纤维复合材料绝缘；中压套管高压对固定该套管的金属螺杆放电，可能导致绝缘击穿。

2.4 绝缘击穿

CVT接地引下线接地不良或被挖断，电容尾端出现过电压，保护间隙上下铜球放电；同时可能导致一、二次绕组间的绝缘损坏，一次绕组保护用避雷器击穿，连接引线对外壳放电等，最终造成电磁单元损坏。

2.5 二次无电压输出

电磁单元中压连接线断开或脱落，主要原因是端头连接片压接过度或松弛。中压线断开或脱落触碰到电磁单元内低压连接线，造成中压接地，导致二次无电压输出。

2.6 噪音异常

中间变压器内部元件发生谐振，系统高次谐波侵入等，将引发分压电容器或中间变压器、电抗器异响。另外，电磁单元内带铁芯部件如中间变压器、补偿电抗器固定螺栓松动，也可能产生振动发响。

2.7 渗漏油

油箱外壳紧固螺栓紧力不够、运行中松动、密封圈老化变形或被压坏等，都可能导致绝缘油渗漏。

3 500 kV CVT电磁单元绝缘检测

CVT电磁单元油样出厂时已检验，且其电压较低(最高额定电压为20 kV)，只要运行正常，无需取样化验。如确需检验，油箱底部有取油样孔。可从电磁单元油箱顶部注油孔进行补油，油位应在视察窗中位以上约5-10 mm，以保证在环境温度的最低和最高限值内油位可见。

3.1 绝缘电阻试验

(1) 根据《中国南方电网公司预防性试验规程》进行。电容分压器低压端对地绝缘电阻采用1 000 V兆欧表测量，一般不低于100 MΩ；但对中间变压器的绝缘电阻则无周期性试验要求。

(2) 根据厂家要求进行。如西安西电电容器厂要求用2 500 V兆欧表，在一次绕组低压端(X端)对地、二次绕组间及对地、阻尼器引出端对地及各端子之间进行测量，测量值应不小于1 000 MΩ。

3.2 tanδ及电容量试验

目前运行中的500 kV CVT中压抽头基本不引出，进行电磁单元tanδ及电容量测试时，可能受到下面2节电容器的影响。由于CVT电磁单元的结构与常规电磁式电压互感器的结构类似，基于CVT内部结构及A I-6000F型介损仪原理，提出了以下几种电磁单元tanδ及电容量的试验方法。

3.2.1 正接线法

正接线法的试验接线及等值电路如图2所示，CVT的β，N端短接加压，X端悬空，中间变压器二次绕组短接接介损仪信号线。介损仪试验选择正接线法时，由于受N点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3 kV。

图2 正接线法

该方法测得的是C13与C2并联后再与Cx串联的电容量及介质损耗因数tanδ。具体公式如下：

由于(C13+C2)远大于Cx，因此 tanδ≈tanδx，即测得的tanδ可近似认为是中间变压器一次绕组对二次绕组的介质损耗因数。

3.2.2 反接线高压屏蔽法

反接线高压屏蔽法的试验接线及等值电路如图3所示，CVT的β，N端短接加压，X端悬空，中间变压器二次绕组短接接地，介损仪高压屏蔽线(图3中虚线，与高压芯线等电位)接α点。介损仪试验选择反接线法时，由于受N点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3 kV。

图3 反接线高压屏蔽法

该方法测得的是C13与C2并联后再与Cx串联的介质损耗因数，计算方法同公式(2)。由于该方法不能排除N点对地杂散电容的影响，测得的tanδ可近似认为是中间变压器一次绕组对铁芯、外壳和二次绕组的介质损耗因数。

3.2.3 末端屏蔽法

由于500 kV CVT电磁单元的结构原理本质上与电磁式电压互感器相似，可引入电磁式电压互感器的末端屏蔽法进行测试。试验接线及等值电路如图4所示，CVT的β，N端短接加压，X端接地，中间变压器二次绕组单边短接接地。介损仪试验选择正接线法，由于受N点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3 kV。

图4 末端屏蔽法

该方法能排除二次端子板脏污、受潮、有裂纹所产生的测量误差，一次绕组电压分布与实际运行中一致，能较真实地反映中间变压器内部绝缘状况。但一次绕组对地的一部分电容也因电压低而被屏蔽。

3.2.4 末端加压法

目前，变电站运行的500 kV CVT设备中压抽头均未引出，但设置了一个地刀K辅助试验，因此，可引入电磁式电压互感器的末端加压法进行测试。试验接线及等值电路如图5所示，合上地刀K，X端加压，中间变压器二次绕组单边短接接介损仪信号线。介损仪试验方法选择正接线法，由于受X点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3 kV。

图5 末端加压法

该方法主要检测的是中间变压器一、二次绕组间的tanδ及电容量。完全消除了分压电容器的影响。由于一次绕组首端接地，现场测试结果几乎不受干扰。但由于一、二次绕组试验电压自下而上逐级降低，与实际运行中相反，同时测量结果易受二次接线板脏污、开裂等因素影响。

4 结论与建议

500 kV CVT电磁单元虽然在运行中承受的电压不高，但近年多次出现漏油及进水受潮现象，其低可靠性已严重影响CVT的安全运行。现场定期预试项目不易发现其绝缘缺陷，且由于其型号、结构及装配工艺不尽相同，造成tanδ及电容量试验数据分散性大。因此，对500 kV CVT的交接验收及运行维护提出以下几点建议。

(1) 厂家必须在设备出厂时提供电磁单元中间变压器的励磁曲线、补偿电抗器感抗、阻尼器和限幅器参数等关键技术参数，以便在现场交接试验时进行纵向比较。

(2) 厂家必须在设备出厂时提供中间变压器的tanδ及电容量出厂试验数据及试验方法，现场试验数据与初始值相比不应有显著变化。

(3) 现场交接试验时，对电容器C13，C2除进行反接线法tanδ及电容量试验外，还必须进行整体正接线法试验，以排除CVT高压绕组调匝端子箱进水受潮缺陷。

(4) 设备运行中对电磁单元除进行渗漏检查、红外测温外，还应重点关注是否存在异响及二次电压变化情况，以避免CVT因高次谐波谐振损坏。

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