电容式电压互感器二次电压异常分析

卢 斌

（国网湖南省电力公司检修公司变电检测中心，湖南 长沙 410004）

0 引言

目前，电容式电压互感器（CVT）在电力系统电压测量当中已得到广泛的应用，其性能的好坏直接关系到二次电压的测量、继电保护的正常工作、信号的检测及威胁到系统的安全运行。电容式电压互感器并联在母线上，通过电容分压得到10～20 kV的电压，最后经过电磁单元变换成需要的检测电压。正常运行情况下，一次系统处于正弦稳态，CVT的电压变换准确度是令人满意的。然而当一次系统发生故障时，由于CVT中含有电容器及阻尼电抗器等储能元件，其暂态响应特性比较差，因此其二次侧输出电压不能及时准确地反映一次侧输入电压的变化，暂态过程可能延续数十微秒，从而造成快速保护动作延迟，甚至出现误动。改善CVT的暂态响应特性，对提高高压输变电系统的动态稳定、保证电力系统安全可靠运行具有重要的技术经济意义［1-2］。然而，由于CVT内部存在电容和非线性电感，当一次系统发生故障时，二次电压不能正确反映一次电压，此时的铁磁谐振现象特别需要关注［3］。

1 工作原理

电容式电压互感器主要有两部分组成：电容单元及电磁单元，如图1所示。C1、C2组成电容单元，C1为高压电容，C2为分压电容。电容单元将母线电压变换成10～20 kV的中间电压。中间变压器及补尝电抗器组成电磁单元，中间变压器将中间电压变换成所需要的二次电压，补偿电抗器补偿电容单元的等效阻抗形成谐振回路，降低电容单元等效电容对回路压降的影响及二次回路负荷变化对二次电压的影响，确保二次电压与一次电压获得正确的相位及幅值关系［4］。由此可见，电容单元的电容变化及电磁单元的变化都会对二次电压测量带来一定的影响。

图1 电容式电压互感器原理图

2 故障特征及经过

某220 kV变电站值班人员发现110 kV设备526间隔 V相CVT二次电压由100 V升至120 V，运行1 h左右二次电压恢复正常，当即报告上级有关部门，根据调度指令526间隔U相退出运行。

现场试验人员紧急对526间隔U相进行了诊断性试验，试验项目有：电容量主绝缘电阻、介损及电容量测量、变比、二次绕组的直流电阻测量，油试验，现场对CVT电容单元进行了介损和电容量的测量，其测量数据无异常，该CVT已进行更换处理。运至试验大厅，进行解体分析，待解体后做进一步的故障分析。

3 设备解体分析

3.1 解体试验分析

试验项目：绝缘电阻、介损及电容量测量、变比、二次绕组的直流电阻测量。通过酒精多次擦拭CVT绝缘瓷瓶。测量接线如图2，采用自激法测量数据如表1，表1数据稳定，排除CVT瓷瓶的影响。从表1分别测出了解体前例行数据及解体后的数据，可以看出解体前C1的电容与2002年例行数据相比误差为0.67%，解体后C1的电容量与2002年例试数据相比误差为-0.06%，解体前C2的电容与2002年例行数据相比误差为0.92%，解体后C2的电容量与2002年例试数据相比误差为0.27%，电容量的变化均符合±2%的标准，介质损耗均符合0.25%的标准。表2分压电容器绝缘电阻可知分压电容的绝缘电阻并没有下降。可以判断该电容式电压互感器电容单元并未异常，绝缘良好。根据图1及表1解体后的电容量计算分压电容电压为：

中间变压器变比，根据图1分压电容器A点的额定电压是20 kV，二次绕组额定电压分别是100 V，V，因此计算中间变压器的理论变比dadn的变比是200，1a1n的变比是346.62。因此可以计算出二次绕组电压分别为：

通过理论计算表1的电容量符合要求，因此在中间变压器变比无异常的情况下该计算与正常运行时二次绕组测量电压基本吻合。因此该电容式电压互感器的电容量无异常。

图2 CVT自激法

表1 介损及电容量测量

3.2 进一步解体分析

将电容器与电磁单元进一步解体，电磁单元与中压电容器接线无异常，电磁单元壳体内绝缘油清澈无杂质。测量中间变压器的二次绝缘、直流电阻及变比，试验结果如表3，通过变比测试中间变压器的变比无异常，符合理论计算值。

3.3 励磁特性试验

进一步对中间变压器进行励磁特性试验，检查中间变压器铁芯质量问题，从dadn、1a1n二次绕组加压，测量该绕组的工频电流，试验数据如表4、表5。并绘制电流与电压的励磁特性曲线如图4、图5。

表4 dadn励磁特性数据

图4 dadn励磁特性曲线

表5 1a1n励磁特性数据

图5 1a1n励磁特性曲线

从图4、图5中间变压器励磁特性曲线可以看出，电压升至额定电压时，电流没有超过1 A，电流的变化值并不大。但是继续升高电压dadn绕组电压升至120 V是电流开始猛增，相比100 V电压下的电流增涨超过50%。同样1a1n在80 V电压相比50 V电压下的电流增涨同样超过50%。从励磁特性曲线来看额定电压以后电流电压曲线开始成线性变化。由此可判断中间变压器的铁芯已经进入了饱和点，饱和点未超过1.2Un。由此可以判断中间变压器的饱和点比较低，中间变压器很容易饱和，导致一次和二次之间的比例关系破坏，出现电压异常情况。

4 结论

根据以上解体分析结果可以得出，CVT的一、二次绝缘及电容量均符合要求。但是中间变压器的饱和点不符合要求。由于CVT的补偿电抗器和低压电容及中间变压器在设备内部构成了一个完整的谐振回路。当CVT中的中间变压器铁芯饱和时，其激磁支路相当于非线性电感。此非线性电感的作用，打破了原有的谐振回路，从而影响一次和二次之间的比例关系，其中二次电压中激发出了不同频率的谐波分量并出现波形畸变，铁磁谐振在中间电压回路会产生大电流和过电压，引起二次电压异常。