一起110kV电容式电压互感器二次零序电压异常波动故障分析

韩慕尧 罗皓文 刘傲洋 廖 玄 望开新

一起110kV电容式电压互感器二次零序电压异常波动故障分析

韩慕尧1罗皓文2刘傲洋2廖 玄2望开新2

（1. 三峡大学，湖北 宜昌 443002； 2. 国网湖北省电力有限公司荆门供电公司，湖北 荆门 448200）

本文针对一起110kV电容式电压互感器二次零序电压异常波动故障进行分析，通过查看现场故障录波波形、检查二次电压回路、电压互感器本体状况，最终查明故障原因是电压互感器末端N端子与开口三角绕组（二次零序电压回路）之间绝缘击穿，电压互感器一次侧产生的放电电流在开口三角绕组中流通，从而引起二次零序电压异常波动。最后，针对本起事件所暴露出的问题，提出关于二次设备日常巡视工作的思考及建议。

电容式电压互感器（CVT）；二次零序电压；异常波动；绝缘击穿

0 引言

电压互感器作为电力系统重要组成设备之一，能将电网一次侧高电压转化成二次侧低电压，从而为保护、测量、计量等继电保护装置提供系统电压信息[1-5]。电压互感器主要分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器（capacitor voltage transformer, CVT），由于CVT在经济性及安全性方面具有显著优势，因此，在110kV及以上电压等级的系统中得到广泛使用，CVT的可靠稳定运行对于保障电网安全具有重要意义[6-7]。

本文针对一起110kV CVT二次零序电压异常波动故障进行分析，通过查看现场故障录波波形，以及检查二次电压回路、CVT本体状况，最终查明故障原因是CVT末端N端子与开口三角绕组（二次零序电压回路）之间绝缘击穿，导致N端子通过开口三角绕组接地，CVT一次侧产生的放电电流在开口三角绕组中流通，从而引起二次零序电压异常波动。该故障是一起一次电流侵入二次系统的典型 案例。

1 故障概况

2019年7月5日，检修人员在对某220kV变电站开展巡查工作时，发现站内110kV故障录波装置频发“110kV 5号母线电压30突变量启动”报文，该站一次接线示意图如图1所示，220kV及110kV侧均为双母接线，110kV 4号、5号母线并列运行，为大电流接地系统。故障录波装置异常报文如图2所示，110kV 5号母线电压互感器互05二次零序电压存在异常情况将严重影响站内二次设备的安全运行，于是，检修人员立即展开调查。

图1 某220kV变电站一次接线示意图

图2 110kV故障录波装置异常报文

2 现场检查情况

2.1 故障录波波形检查

由于110kV 4号和5号母线并列运行，正常运行时，4号、5号母线零序电压均应接近0，且波形基本一致，系统有故障时，4号、5号母线零序电压应同时波动[8]，但查看录波波形后发现，4号、5号母线零序电压波形上有明显差异，如图3所示。图3中互04二次零序电压波形的零序电压幅值仅为0.2V左右，互05二次零序电压波形明显存在较大毛刺，其二次零序电压幅值达到12V左右，已超过零序电压启动定值6V。

图3 互04、互05二次零序电压录波波形

2.2 主控室二次回路检查

经检查，该站二次电压回路均在主控室“220kV及110kV电压并列隔离柜”一点接地，未发现失地或多点接地的情况。利用万用表现场量取互04零序电压有效值为0.27V、互05零序电压为1.589V。为进一步观察零序电压波形，检修人员借助示波器分别对220kV 1号、2号母线及110kV 4号、5号母线零序电压进行检查，图4为110kV 4号、5号母线零序电压波形，图5为220kV 1号、2号母线零序电压波形。

图4 110kV 4号、5号母线零序电压波形

从图4和图5可以发现，5号母线二次零序电压存在较大高频分量，波动异常，峰-峰值电压高达16V，1号、2号及4号母线二次零序电压幅值波动较小，波形中并无较大高频分量。进一步检查110kV 4号、5号母线相电压波形，测量得到两段母线相电压二次有效值均为60.5V左右，且波形上未见明显差异，呈现正序三相电压关系。110kV 4号、5号母线相电压波形如图6所示。

图5 220kV 1号、2号母线零序电压波形

图6 110kV 4号、5号母线相电压波形（以A相为例）

3 故障原因分析

通过对现场情况的检查可知，发生故障时，互04零序电压及各相电压未发生明显变化，而互05零序电压波动异常，各相电压正常，由于4号和5号母线并列运行，正常情况下理应同时变化，所以，检修人员怀疑5号母线电压互感器互05二次零序电压回路可能流过短时较大电流，在二次电缆上产生压降，从而造成零序电压波动。

为了证实上述推断，检修人员分别对互04、互05零序电压回路进行电流检测，发现正常运行时，互05零序电压回路中性线N600电流为430mA，明显大于正常值（50mA以下），之后检修人员对互05二次电压回路进行逐一检查，发现零序电压C相绕组首末端电流不一致，怀疑互05C相电压互感器内部可能存在绝缘击穿。互05端子箱二次电压测试结果如图7所示。

接着，检修人员对互05电压互感器外观进行检查，发现C相电压互感器接线盒下端二次电缆有油污，且本体油位明显下降，如图8所示。

图7 互05端子箱二次电压测试结果

图8 互05C相电压互感器外观检查情况

将互05电压互感器转检修后，检修人员发现C相电压互感器二次接线盒内有放电痕迹，互感器分压电容末端N端子与开口三角C相绕组端子间绝缘击穿，导致二次接线板结构破坏后造成互感器漏油。

综上分析，互05电压互感器放电回路如图9所示，本起事件中110kV电压互感器二次零序电压异常波动的原因为互05电压互感器开口三角绕组C相和分压电容器N端子之间的绝缘击穿，分压电容器N端子直接接到开口三角C相电缆（L601）上。此时，电压互感器通过开口三角绕组在电压并列切换屏接地，互感器末端被钳制到地电位，不会造成相电压波动，而放电电流f在二次电缆及互感器二次绕组上会形成压降，造成正常运行时零序电压中产生较大高频分量，当绝缘状况发生变化，f出现短时大电流时，零序电压将出现较大尖峰脉冲波形。实际情况与所分析情况一致，证实了之前的推断。

图9 互05电压互感器放电回路

4 结论

在本起事件中，由于电压互感器末端通过二次零序电压回路已接地，导致在正常运行过程中，三相电压依然平衡，只是零序电压异常波动，因而具有一定隐蔽性，难以通过常规巡查手段发现。此外，一次设备通过二次回路接地，一旦放电电流较大、放电时间较长，极有可能造成继电保护装置误动作，引起更为严重的事故[9-14]。

本起事件暴露出许多问题，值得检修人员继续思考和提升。对于保护人员：①加强二次设备日常巡视力度，要注重巡查的实效性，不能走马观花，心存侥幸，一定要警惕异常告警，及时查明告警原因；②丰富二次回路的检测手段，要合理运用先进检测设备（如示波器），从多维度出发，衡量二次回路及设备的运行状况，努力摆脱固有思维限制。对于运维人员：加强运维人员二次继电保护知识培训，加强多班组合作交流，使运维人员能敏感察觉异常告警信息，及时沟通。对于一次检修人员：加强对CVT原理和结构的学习，准确了解设备多维度检测方法，关键是掌握一、二次专业知识结合点，做到设备检修无盲区。

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Fault analysis of secondary zero-sequence voltage abnormal fluctuation of 110kV capacitive voltage transformer

HAN Muyao1LUO Haowen2LIU Aoyang2LIAO Xuan2WANG Kaixin2

(1. China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 2. Jingmen Power Supply Company, State Grid Hubei Power Electric Co., Ltd, Jingmen, Hubei 448200)

This paper analyzes the abnormal fluctuation of secondary zero-sequence voltage in 110kV capacitive voltage transformer. By viewing the field fault record waveforms and checking the condition of the secondary voltage loop voltage transformer, it is found that the fault is caused by insulation breakdown between the terminal N of the voltage transformer and the open triangular winding (secondary zero-sequence voltage loop). The discharge current generated in the primary side of the voltage transformer circulates in the open triangular winding, which causes abnormal fluctuation of the secondary zero-sequence voltage. In view of the problems exposed by this incident, some thoughts and suggestions on routine inspection of secondary equipment are given at last.

capacitive voltage transformer (CVT); secondary zero-sequence voltage; abnormal fluctuation; insulation breakdown

2020-12-16

2021-02-26

韩慕尧（1996—），男，湖北省荆门市人，硕士研究生，从事电力系统继电保护研究工作。