500 kV電容式電壓互感器電壓異常分析及處理

盧峰超，劉雪飛，白劍忠，王 偉

(河北省電力公司超高壓輸變電分公司，石家莊 050070)

受設計、制造、工藝水平和原材料等多種因素的限制，在電容式電壓互感器內部，承受高電壓的電容分壓器介質，存在被擊穿的可能，這不僅會影響一次電壓測量的準確性，甚至可能引起互感器爆炸、起火等惡性事故，所以及時發現介質異常至關重要。500 kV電壓互感器在河北省南部電網運行情況良好，但隨著運行年限的增加，極少部分CVT內部電容單元出現了因絕緣介質老化或者設計不合理導致的介質擊穿情況。以下就一起某500 kV變電站CVT電壓異常情況進行分析。

1 CTV工作原理及結構

電容式電壓互感器(簡稱“CVT”)是利用電容分壓原理，通過串聯電容器抽取電壓，再經變壓器變壓作為表計、繼電保護等的電壓源，電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線，用于長途通信，遠方測量，選擇性的線路高頻保護、遙控等。與常規的電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器除可防止因電壓互感器鐵心飽和引起的鐵磁諧振外，在經濟和安全上還有很多優越之處。

圖1 CVT結構示意

2 故障概況

2011年3月21日，在進行電壓互感器二次電壓測試期間，專業人員通過監控機發現該變電站500 kV 1號母線電壓為523.9 kV，2號母線電壓為527.6 kV，2號母線電壓互感器二次電壓異常，隨后對該變電站500 kV母線及線路電壓互感器的一次電壓監測值進行統計，發現500 kV 2號母線CVT一次電壓偏高(該變電站500 kV母線只U相安裝有電壓互感器設備)。2011年4月20日，500 kV 2號母線停電，轉為檢修狀態，高壓試驗發現500 kV 2號母線CVT下節高壓分壓電容器的C21電容量偏差為2.52%(相比出廠值，規程要求電容量初值差警示值不超過±2%)，介質損耗tanδ為0.351%(注意值為0.2%)[2]。

3 故障原因分析

3.1 現場試驗分析

3.1.1 CVT介損電容量測試

2011年4月20日對故障CVT進行介損電容量測試，測試結果見表1。

表1 介損電容量數據

試驗部位試驗接法tanδ/%本次前次電容量/pF本次出廠誤差/%C11反接屏蔽0.0750.05415 39015 400-0.06C12正接線0.0530.05715 40015 2001.32C21自激法0.3510.05118 29017 8402.52C22自激法0.0510.09596 40096 2700.14

由表1可知C21單元電容量誤差為2.52%(限值為2%)，介損為0.351%(注意值為0.2%)[2]，初步判斷C21內部電容單元存在擊穿，C11、C12、C22為正常狀態。

同時將歷次試驗C21介損電容量數據進行統計如表2。

表2 C21介損電容量數據統計

參數2002-10-112004-05-132007-06-09tanδ/%0.0450.0710.045電容量/pF17 84017 82017 740誤差/%0-0.11-0.56參數2008-04-182010-08-242011-04-20tanδ/%0.0550.0510.351電容量/pF17 78017 65018 290誤差/%-0.34-1.072.52

由表2介損及電容量數據隨時間變化情況可以判斷，自投運至2010年8月24日，該CVT C21單元運行情況正常。2010年8月24日到2011年4月20日之間，C21內部發生電容單元擊穿故障。

利用電容量數據計算電容單元擊穿個數為3～4個。在試驗測試過程中，現場環境電磁干擾、試驗設備誤差等因素都會影響試驗結果，所以定量分析計算擊穿的電容單元個數存在誤差應為正常現象。但通過試驗情況可以基本判斷，此電壓互感器內部存在電容單元擊穿故障，從而造成介損及電容量試驗數據異常。

3.1.2 一次電壓監測

2011年3月21日12時，對該變電站500 kV母線及線路電壓互感器一次電壓監測值進行采集，統計數據如表3所示。

表3 500 kV母線及線路電壓互感器一次電壓監測值

500 kV 1號母線測試點一次電壓值/kV500 kV 2號母線測試點一次電壓值/kV1號母線TV523.92號母線TV527.6潞辛Ⅰ線TV523.8辛聊Ⅰ線TV524.2潞辛Ⅱ線TV523.9辛聊Ⅱ線TV524.1辛藺線TV523.8辛彭線TV524.2辛邑線TV524.0

由表3可知，500 kV 1號母線電壓互感器一次電壓為523.9 kV，2號母線電壓互感器一次電壓為527.6 kV，電壓異常。2號母線一次電壓值較其他CVT高出3.5 kV左右，一次電壓存在不平衡。初步判斷CVT本體或二次電壓采集、傳輸電路存在故障。二次人員現場對二次傳輸回路進行檢查，無異常。從而進一步判斷，是由于CVT本體存在電容單元擊穿故障，導致一次電壓監測數據異常。

3.1.3 角差比差測試

現場對該CVT進行絕緣電阻試驗、極性試驗、二次直阻試驗，結果無異常。同時進行角差比差試驗，試驗結果見表4。

表4 CVT角差比差試驗數據

Ub/%S/VA(100/100)幅差f/%角差δ/(')S/VA(2.5/0)幅差f/%角差δ/(')800.5906.4000.7550.3101000.5846.3900.7520.3201200.5826.2600.7480.300

注：S 2個數值分別表示二次計量繞組與保護繞組的負荷值。

由表4可知，當二次繞組帶額定負荷或輕負荷時，角差均在正常值范圍(-10′～10′)內，但幅差均大于正常限值0.2。測試結果說明CVT變比發生變化，進一步驗證了分析的正確性。

3.2 返廠解體檢查分析

C21單元進行解體檢查，對套管內絕緣油進行氣相色譜試驗分析，油色譜分析數據見表5。

表5 套管油色譜分析數據 μL/L

φ(C1+C2)φ(C2H2)φ(C2H6)φ(C2H4)4 724.672 054.08108.021 924.5φ(CH4)φ(H2)φ(CO)φ(CO2)637.2117 056.371 306.66952.95

由表5可以看出，C1+C2、H2和C2H2的體積分數均已嚴重超標(要求值，C1+C2、H2和C2H2的體積分數分別為100 μL/L、 150 μL/L、 1 μL/L)，證明設備內存在嚴重放電。

對電容單元進行電容量測試，發現3只電容單元電容量測試數據為零，與分析計算

結果相符。對3只電容單元解剖檢查，發現電容單元已完全擊穿，并存在大量蠟狀物，如圖2所示。

圖2 局部放電產生的蠟狀物

通過解體檢查發現，因制作工藝存在問題，造成鋁箔卷內端面有毛刺產生。在長期運行高電壓作用下，毛刺產生低能局部放電，致使其周圍油劣化分解產生蠟狀物。放電生成的蠟狀物改變原有電場分布，導致局部電壓升高，進一步增強局部放電，最終導致絕緣油紙及鋁箔完全擊穿。電容單元擊穿后，引起電容分壓比變化，造成一次電壓監測值異常。

4 故障處理及建議

經過以上分析，認為此次電壓互感器故障屬于產品制作工藝問題，初步判斷該批次電壓互感器都可能存在類似缺陷，采取對故障CVT進行更換，并對同批次產品加強監測。故障CVT更換后，該變電站母線電壓互感器運行正常。

綜上所述，當CVT內部個別電容單元存在擊穿故障時，會導致電容分壓比變化，從而導致一次電壓監測值變化。通過對高壓試驗數據進行分析，可以對故障情況做出準確判斷。因此綜合利用介損電容量及一次電壓數據的統計分析，可以對CVT運行狀態進行準確的診斷。針對以后的工作提出以下建議：

a. 加強CVT設備的一次電壓值監測，當電壓數值存在異常時，綜合CVT設備的電容量及介質損耗測試結果對CVT狀態進行判斷。

b. 做好CVT設備一次電壓數據的長期記錄，根據一次電壓值變化量的大小，來判斷設備是否存在內部故障。正常來講，監控機顯示的電壓互感器電壓值并非完全一致，會存在一定的誤差，可通過數據的積累，分清誤差與設備故障之間的界限。

c. 加裝CVT在線監測裝置，當初步判定電壓存在異常時，可以在不停電的情況下，通過在線監測裝置測量CVT的電容量及介質損耗，然后再作綜合判斷。

d. 設備制造廠應嚴格管控制造工藝，提高產品運行可靠性。

參考文獻：

[1] 蘇勝新，咸日常.運行中的電容式電壓互感器二次失壓故障分析和試驗方法[J].電力電容器，2002(2)：24-27.

[2] Q/GDW 168-2008，輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].