一起500 k V电容式电压互感器故障分析

于群英，赵春明，杨代勇，郭家昌，林海丹，邰宇峰

（国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021）

0 引言

电容式电压互感器（capacitive voltage transformer，CVT）是支撑电力系统测量、保护和控制的核心单元，主要由电容分压器、电磁单元（包括中间变压器和电抗器）组成［1］。CVT一旦出现缺陷或故障就会给电力系统的安全稳定运行带来较大威胁［2］，目前，CVT的状态性能可由红外测温等带电检测手段或介质损耗因数、电容量和绝缘电阻值、绝缘油等试验进行判断。根据现场经验［3-5］，常见的CVT故障可分为电容分压器电容值异常、电磁单元故障、本体渗漏油、装置接地不良、二次接线故障等，这些异常状态均可导致其二次电压变化。其中，电磁单元故障、本体渗漏油、装置接地不良可通过红外检测和现场巡视被直接发现，而电容分压装置异常故障多是由于内部绝缘劣化长期积累引起，故障初期异常较难捕捉或发现。本文分析一起CVT电容分压装置异常的故障，从CVT断线告警之后，排查并确认其故障位置与故障原因，然后对其解体研究后确认其电容单元长期受潮导致绝缘劣化的故障发展机理，并提出加强密封性的预防措施。

1 故障背景

该故障CVT型号为TEMP-500IU，2009年12月投入运行，安装位置为某500 k V出线处。故障前，CVT所处的500 k V侧系统采用3／2接线。

2021年11月22日17时51分，某500 k V变电站内某500 k V出线CSC-125 A保护装置断线告警，监控系统合上保护装置。检查该500 k V出线相电压：A 相为334 k V，B相为304 k V，C相为304 k V；检查该500 k V出线双套微机保护装置相电压：A相为66 V，B相为60 V，C相为60 V。对该CVT进行外观检查，没发现烧损放电痕迹。

2 故障诊断

对500 k V合松1号线电压互感器进行红外测温，各相最高温度为：A 相－13.1 ℃、B 相－16.2℃、C相－15.4℃。A相电压互感器温度最高点位于其中节位置，且与B相温差为3.1 K，与C相温差为2.3 K。DL／T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》要求CVT温差不超过2～3 K，认定该设备缺陷等级为危急缺陷。

2021年11月22日18时59分，按调控令将该变电站500 k V线路1号线由运行转检修。停电后，对A相电压互感器进行异常检查，发现A相电压互感器中下节瓷柱外表面有油渍。

2021年11月22日22时40分，在现场对该相电压互感器高压检查试验，试验结果见表1，中节电容C12的实测电容量与出厂值偏差9.32%，介质损耗tgδ为0.79%。DL／T 596—2021《电力设备预防性试验规程》规定实测电容量与出厂值偏差小于2%，介质损耗小于0.5%，C12的电容量初值差与介损值均超过DL／T 596—2021要求，中节电容C12测试不合格。

表1 电容量及介质损耗因数测试结果

取A相电压互感器中节绝缘油进行油色谱试验，试验结果见表2。Q／GDW 1168—2013《输变电设备状态修试规程》规定H2和总烃体积比的注意值小于150μL／L，C2H2体积比的注意值小于5μL／L，H2、C2H2、总烃体积比均超过Q／GDW 1168—2013规定的注意值。因此，判定A相电压互感器中节电容器电容单元存在击穿现象。

表2 A相中节绝缘油色谱试验结果 单位：μL／L

3 解体检查

故障CVT中节电容C12返厂进行解体检查，电容单元上端部呼吸器上表面积聚冰层，呼吸器沿面存在冰层融化水渍痕迹。拆除呼吸器，打开上密封盖板，密封盖板内表面水珠清晰可见，密封胶皮破损，边缘开裂，电容单元内部依稀可见残存水珠。

中节电容C12单元由5组电容元件组成，5组电容元件外表面均有不同程度的放电痕迹，自上而下第4、第5组电容元件烧损最为严重。

分别测试各电容元件组的电容量，测试结果见表3，第4、5两组电容元件电容量变化显著，与放电烧损情况一致。

表3 A相中节电容量测试

4 结论及预防措施

4.1 结论

1）CVT中节电容C12单元上部盖板密封胶圈破损，中节电容单元内部进水受潮，水汽在底部积聚，使得绝缘受潮放电，部分电容元件击穿，其中第4、第5组最为严重。

2）CVT中节电容C12单元整体电容量增大，承受电压下降，上、下节承受电压升高，中节电容C12的电容量为17.13 n F，与出厂值偏差9.32%，实测A相电压为66 V，较B、C相电压60 V偏差为10%，因此，故障解体现场与分析数据相吻合，C12电容量的偏差导致A相二次电压异常抬升，引发故障告警。

3）CVT中节电容C12单元内部电容元件放电击穿，伴随大量气体产生，内部压力积聚增大，致使绝缘油从中节上端部密封不良处向外喷溅。

4.2 预防措施

1）建议针对其他在运行的TEMP-500IU型号CVT，缩短带电检测周期，加强在线监测，持续开展红外精确测温。

2）开展密封检查，利用停电检修周期，在CVT两节电容单元之间涂抹密封胶，检查并疏通排水口，防止堵塞，造成内部受潮，影响绝缘性能。