电容式电压互感器现场应用情况及故障分析

李 宁，高 飞，吴明锋

（1.大唐太原第二热电厂，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司计量中心，山西 太原 030032；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

电容式电压互感器现场应用情况及故障分析

李 宁1，高 飞2，吴明锋3

（1.大唐太原第二热电厂，山西 太原 030032；2.国网山西省电力公司计量中心，山西 太原 030032；3.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

以国内首条1 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流输电线路中山西省内的多起电容分压式电压互感器设备故障为背景，整理各典型案例，分析其故障表现形式，并利用建立的电容分压式电压互感器的模型,结合电容分压式电压互感器的多种实际现场故障情况，并应用matlab_simulink进行仿真，分析研究出某些失常情况时可能出现的问题，对现场操作人员在处理故障时有一定的反馈指导作用。

电容分压式电压互感器；误差特性；matlab_simulink仿真

0 引言

电压互感器是电力系统中必不可少的用于保护和计量的单元之一。随着特高压，超高压输电系统的出现，传统的电磁互感式电压互感器在绝缘、体积、质量、价格、磁饱和等上的不足日益突出。新一代光学电压互感器易受环境温度的影响，工艺尚不成熟[1]。在高压电力量测系统中由于电容分压式电压互感器因其结构简单，性能良好，目前其作为高压输变电电力系统一次侧电压输入传感设备已经得到广泛地应用，而现场运行工况复杂，电容分压式电压互感器工作状态也受工况的好坏发生变化，其特性不仅直接影响继电保护能否正确动作，同时也对变电站的计量工作有一定的影响。

1 电容分压式电压互感器工作原理

电容分压式电压互感器主要有载波电容C，高压电容C1，中压电容C2，补偿电抗L，阻尼器D，中间变压器T，保护器件P等组成。

2 电容分压式电压互感器现场故障案例分析

根据电容分压式电压互感器的工作原理及应用实践，其故障主要集中在电容器及中间变压器支路上，导致其发生故障的原因可大致归纳为电容分压式电压互感器本身的质量故障、各种原因引起的过电压、接地不良、密封不严等[3]。本文以电容击穿及中间变压器故障为典型进行介绍。

2.1 电容击穿案例

2017年2月某变电站工作人员发现神雁线三相电压数据与历史数据相比明显偏大，检修试验人员接到通知后立即赶往现场进行缺陷排查。工作人员测量后发现主电容和分电容的实测电容量与设备铭牌给的初始值比较，明显偏高。

当电容C1或C2被击穿后二次侧测量电压、保护电压、计量电压数据与历史数据相比较就会出现两种表现形式，一种如表1所示，三相同时变化；一种如表2所示，一相或两相发生变化。

表1 神雁I线、II线500 kV母线相电压比较

表2 母线电压测试数

根据对雁同站500 kV故障电容分压式电压互感器进行解体分析，按每个单元电容量相同计算，高压电容C1当击穿1个电容单元，电容量增大0.228%，二次电压升高0.217%[4]。下面在matlab_simulink中验证上述结论。假设高压电容C1有部分被击穿，根据实际参数仿真得实验图如图1所示。

图1 C1部分被击穿和正常情况下二次侧电压仿真图

虚线代表C1有部分被击穿后二次侧电压波形图，实线表示正常情况下二次侧电压波形图。从仿真也可以看出，当C1被击穿时二次侧电压与正常历史数据比较会明显增加，根据电压升高的值可以计算出击穿电容单元的数量，这对工作人员排查电容分压式电压互感器故障有一定的指导作用。

2.2 中间变压器电磁路故障

2016年9月，某变电站工作人员发现500 kV母线L2相电容分压式电压互感器二次侧电压失压。工作人员到达现场后首先检查L2相电容分压式电压互感器得外观无异常，然后进行介质损耗和电容值测量实验，在应用进行自激法测量分压电容器介质损耗和电容值时发现，在升压过程中，二次绕组电流很快达到保护的整定值15 A，此时电压仅为0.3 kV，这与常规情况不符合。但在对L1相进行同样的实验时电压升到0.3 kV时电流为4 A，与往常实验相同。初步断定L2相中间变压器存在问题。

为了进一步确定问题，对L2相中间变压器进行绝缘电阻测量实验。发现L2相电容分压式电压互感器中间变压器一次侧对地的绝缘电阻为10 MΩ，远小于相同实验条件下L1相一次侧对地的绝缘电阻450 MΩ。由此断定L2相电容分压式电压互感器中间变压器一次侧与地之间的绝缘已被击穿[5]。在仿真中表现为Lt、Rt的值远远减小，仿真实验图如图2所示。

图2 电容分压式电压互感器中间变压器绝缘正常和被击穿二次侧电压仿真图

3 结束语

鉴于近几年电容分压式电压互感器故障的多发性以及造成的不良影响，针对电容分压式电压互感器的故障运行值班人员可以从以下几个方面加强。

a)加强二次电压监控。当数据与历史数据比较异常时，加强监控，对二次电压进行横向和纵向比较，并及时安排停电试验。根据雁同站500 kV故障电容分压式电压互感器解体，按每个单元电容量相同计算，高压电容C1当击穿1个电容单元，电容量增大0.228%，二次电压升高0.217%。

b)加强电容分压式电压互感器的红外诊断工作。电容单元和电磁单元故障都会引起异常温升，通过红外诊断可及时发现设备缺陷。

c)规范现场试验，提高试验数据准确性。严格按照《输变电设备状态检修试验规程》开展巡检和试验项目；排除接线方式、电磁场、外绝缘表面状态等干扰；为了提高试验数据的准确性，历次试验尽量采用同样试验方法、接线方式和测试仪器。

[1] 李一泉.电容式电压互感器（CVT）对超（特） 高压输电线路保护影响的研究 [D].杭州：浙江大学，2006:10.

[2] 穆淑云.电容式电压互感器暂态性能的仿真计算 [J].电力电容器，2001（1）：8-13.

[3] 谢超，胡蕴斌，叶建涛，等.多种检测和实验方法对电流互感器故障的综合分析判断 [J].变压器，2013（8）：75-76.

[4] 胡浩亮，李前，卢树峰，等.电子式互感器误差的两种校验方法比对 [J].高电压技术，2011（12）：3022-3027.

[5] 刘建，张志华，张小庆，等.配电网模式化故障处理方法研究 [J].电网技术，2011（11）：97-101.

Application and Fault Analysis of Capacitive Voltage Transformer

LI Ning1,GAO Fei2,WU Mingfeng3
（1.Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Metering Center,Taiyuan,Shanxi030032,China;3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Faults occurred many times on capacitor voltage-dividing voltage transformers on Jingdongnan-Nanyang-Jinmen UHV AC transmission lines of Shanxi section.Through analyzing the faults characteristics and combined with actual fault cases on site,simulations are carried out.As a result,some problems when anomalyhappens are studied and summed up,which could provide references for those personnel on site.

capacitor voltage-dividingvoltage transformer；error characteristics；Matlab-simulink simulation

TM451+.2

B

1671-0320（2017）06-0022-03

2017-05-31，

2017-10-13

李 宁（1985），男，山西太原人，2008年毕业于中北大学通讯工程专业，助理工程师，从事热工及计量专业工作；高 飞（1982），男，山西文水人，2004年毕业于太原理工大学自动化专业，硕士，高级工程师，从事电测计量专业工作；

吴明锋（1985），女，浙江湖州人，2010年毕业于太原理工大学英语专业，硕士，工程师，从事电力科技查新工作。