一起500 kV电容式电压互感器二次电压异常下降故障分析

熊亮，韦宇，庹印和

一起500 kV电容式电压互感器二次电压异常下降故障分析

熊亮，韦宇，庹印和

（南方电网超高输电公司百色局，广西 百色 533000）

针对一起500 kV电容式电压互感器二次电压异常下降的故障，通过对设备结构、故障录波波形、试验数据分析及解体检查结果，发现电容式电压互感器二次电压下降的主要原因是铁磁谐振引起电容式电压互感器的分压电容器内部电容单元击穿，最后根据故障原因提出线路发生故障时线路CVT应采取的运维措施。

电容式电压互感器（CVT）；铁磁谐振；故障分析；运维措施

2019-07，广西500 kV某变电站一条500 kV W线路连续发生两次单相故障跳闸，发现500 kV W线路CVT B相较A、C相二次电压下降，给系统安全稳定运行埋下隐患。为了消除隐患及找出设备原因，从设备结构、故障录波波形、试验数据及解体检查等方面详尽阐述了故障诊断与分析过程，确定设备因铁磁谐振引起电容分压器内部电容元件击穿所致，并由此提出线路发生故障时线路CVT应采取的运维措施。

1 故障情况说明

2019-07-29T20：47：11、2019-07-29T20：52：45，500 kV W线B相分别故障跳闸并自动重合成功。

2019-07-29T22：00左右，500 kV某变电站巡检人员接调度通知，“500 kV W线失步解列装置告警”信号未复归，现场检查发现500 kV W线A套、B套失步解列装置面板“TV”“装置异常”灯亮，二次电压采样a为60.64 V，b为54.67 V，c为60.44 V，测量现场500 kV W线串补CVT二次侧电压a为60.67 V，b为54.73 V，c为60.52 V。

2019-07-29T23：30左右，变电检修人员进站检查，根据故障波形、二次侧电压，初步判断为500 kV W线串补CVT B相内部存在电容元件击穿。

2019-07-30，检修500 kV某变电站500 kV W线转，并对500 kV W线串补CVT B相进行更换并开展相关交接试验，试验结果满足要求，恢复带电运行。

2 故障CVT基本情况说明

2.1 故障CVT基本情况

故障CVT于2005-06生产，2005-12投运，其参数具体如表1所示。

2.2 故障CVT基本工作原理及组成元器件说明

表1 故障CVT技术参数

设备型号TYD2 500/-0.005H 额定一次电压500/kV 二次绕组1a1n额定电压100/V 二次绕组2a2n额定电压100/V 剩余绕组dadn额定电压100 V

注：C—载波电容；C1—高压电容；C2—中压电容；XL—电磁单元低压端子；—接地端子；L—补偿电抗器；N—载波通讯端子（即低压端子，未暴露在风雨中）；J—带有避雷器的载波结合设备（用户自备）；1a1n……—二次绕组1a1n……端子；dadn—剩余电压绕组端子；UP—一次电压；A´—中压端子；T—中压变压器；D—阻尼装置；P—保护器件。

3 故障原因分析

3.1 故障波形分析

从“1 故障情况说明”中可知，500 kV W线串补CVT B相受到两次单相接地故障冲击，两次故障录波图形如图4、图5所示。CVT在典型试验电压下铁磁谐振的二次电压试验波形如图6所示。

500 kV W线串补CVT B相故障后二次侧电压及开口电压数据如表2所示。

图2 CVT C11、C12结构示意图

图3 CVT C13+C2结构示意图

图4 500 kV W线B相第一次单相故障录波波形

图5 500 kV W线B相第二次单相故障录波波形

图6 CVT在典型试验电压下铁磁谐振的二次电压试验波形

通过图4与图6中CVT典型试验电压下铁磁谐振的二次电压波形对比，发现500 kV W线串补CVT B相在第一次单相故障150～1 040 ms区间发生铁磁谐振。根据表2可知，500 kV W线串补CVT B相发生铁磁谐振后发生如下变化：二次电压由60 V左右降至56 V左右，同时较正常的A、C相二次电压低5.5 V左右；剩余绕组的零序电压值从0 V升至10 V左右。同时，结合图5可以看出，500 kV W线串补CVT B相发生第二次单相故障前后，二次电压值、剩余绕组的零序电压值均未发生明显变化，与第一次故障后基本情况基本相同。

综上所述，500 kV W线串补CVT B相在第一次单相故障中发生铁磁谐振，内部存在的故障引起二次电压下降。

3.2 电气试验数据分析

3.2.1 绝缘电阻试验

对故障CVT的电容器C11、C12、C13、C2、C13+C2及中间变一、二次绕组、低压端N分别进行绝缘电阻测试，测试结果满足南方电网公司Q/CSG1206007—2017《电力设备检修试验规程》。

3.2.2 电容量、介损试验

对故障CVT的电容器C11、C12、C13、C2、C13+C2分别开展电容量、介损试验，试验数据如表3所示。

表2 500 kV W线串补CVT B相故障后二次侧电压及开口电压数据

时间相别 A相/VB相/VC相/V开口三角零序电压/V B相第一次故障前60.47560.34660.3760.287 B相第一次故障后61.98156.12461.73610.164 B相第二次故障前62.35256.35962.05210.380 B相第二次故障后62.29756.42862.03710.206

表3 500 kV W线串补CVT B相出厂数据、故障后实测数据对比

位置项目 电容量介损 故障前（出厂数据）故障后（实测数据）变化量故障前（出厂数据）故障后（实测数据）变化量 电容元件数量n/个电容量C出厂值/nF电容元件数量m/个电容量C实测值/nF电容元件数量x/个电容量变化率/（%）tanδ/（%）tanδ/（%）介损增长幅度/（%） C1115415.44153.0115.54-0.990.650.0550.174+216.4 C1215415.35153.9015.36-0.100.070.0530.0589.43 C13+C215415.23146.0316.06-7.96+5.450.0450.625+1 288.9 C1312818.06122.1818.92-5.82+4.760.0511.262+2 374.5 C22696.6323.86105.3-2.14+8.970.0470.461+880.9

通过试验数据对比发现：故障CVT的电容器C13+C2、C13、C2电容量变化超过南方电网公司Q/CSG1206007—2017《电力设备检修试验规程》中要求的（±2）%范围，引起故障CVT变比变化，进一步引起二次电压变化（计算过程详见“3.2.3.1”）；通过计算，发现故障CVT的电容器C11、C13+C2、C13、C2分别损坏约1、8、6、2个电容单元（计算过程详见“3.2.3.2”）；故障CVT的电容器C11、C13+C2、C13、C2的介损值接近或超过南方电网公司Q/CSG1206007—2017《电力设备检修试验规程》中要求的（≤0.2%）范围，增长幅度达到216%～881%，远远超过《关于进一步加强套管运维管控的通知》中规定的介损增长幅度小于等于30%标准。

3.2.3 试验数据分析

3.2.3.1 CVT故障前后变比变化的计算过程

由3.2.2分析结论可知，CVT的电容器C11、C13+C2、C13、C2电容量的变化，引起CVT的变比变化。通过假设中间变压器的变比不变，来计算CVT故障前后CVT变比的变化，过程如下。

CVT变比计算公式如下：

故障后变比：

故障前后变比的变化率∆=+（5 341.24－5 000）/5 000= +6.823%。

综上所述，CVT故障后的变比变大。当系统电压不变的情况下，二次电压将偏小，这与表2中故障相实测二次电压偏小的异常现象对应。

3.2.3.2 故障CVT的电容器内部电容单元损坏数量的计算过程

以电容器C13+C2为例来说明电容器损坏电容单元损坏数量的计算过程，其他部位电单元损坏的数量以此类推。 具体过程如下：①计算电容器C13+C2内部每个电容单元的出厂电容量（默认每个电容单元的电容量相同）。单元=出厂值×=15.23×154 nF=2 345.42 nF。②计算电容器C13+C2故障后内部电容单元的数量。=单元÷单元=2 345.42÷16.06= 146.03个。③故障后电容器C13+C2中损坏电容单元数量=－=154－146.03=7.96个≈8个。

3.3 返厂解体检查

经返厂解体，结果如表4所示。

表4 500 kV W线串补CVT B相返厂解体结果

部位数量 出厂电容元件数量n/个电容元件损坏数量n/个电容单元损坏部位（从上往下数） C111541第4个 C121540/ C131286第19、27、29、30、31、32个 C2262第8、9个

CVT电容芯结构如图7所示。解体照片分别如图8、图9、图10所示。

图7 CVT电容芯结构

图8 C11第4个电容单元损坏照片

图9 C13第19、27、29、30、31、32个损坏照片

图10 C2第8、9片电容单元损坏照片

综上所述，故障CVT解体检查结果与“3.2.2、3.2.3.2”理论推算结果基本一致。

3.4 故障原因

结合故障波形、电气试验数据分析结果及解体检查情况，造成500 kV CVT二次电压异常升高的原因是CVT在第一次单相故障时发生铁磁谐振，造成电容器C11、C13+C2、C13、C2内部部分电容单元击穿，引起C1与C2分压比变大，导致CVT整体变比增大，从而引起二次电压下降。

4 结束语

本文通过设备结构、故障录波波形、试验数据及解体检查等方面详尽阐述了CVT二次电压异常下降的原因，为今后线路CVT运维过程提出了相应的管控措施，具体如下：当线路发生故障时，及时观测线路CVT二次电压，开展横向、纵向对比分析，发现异常时应及时申请停电检查线路CVT。当线路发生故障时，通过录波装置观察CVT二次电压的变化曲线，与CVT在典型试验电压下铁磁谐振的二次电压试验波形对比，发现铁磁谐振故障时应及时申请停电检查线路CVT。当线路CVT因故障停电检查时，及时开展绝缘电阻、介损、电容量、变比测试，对试验数据进行分析、推算，计算出电容器内电容单元的损坏数量，结合规程规定，给出线路CVT是否能正常投运的结论。

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TM451

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.025

2095－6835（2020）18－0067－04

熊亮（1984—），男，湖北咸宁人，本科，工程师，主要从事变电站交流一次设备的试验、检修方面的工作。韦宇（1980—），男，广西来宾人，本科，工程师，主要从事变电站交流一次设备的试验、检修方面的工作。庹印和（1987—），男，广西百色人，本科，助理工程师，主要从事变电交流一次设备的试验、检修方面的工作。

〔编辑：严丽琴〕