兩例500 kV CVT異常分析及日常運行監視探討

(國網四川省電力公司檢修公司自貢運維分部，四川 自貢 643010)

0 引 言

相比傳統電磁式電壓互感器(TV)，電容式電壓互感器(CVT)由于結構簡單，造價低等特點廣泛運用于110kV及以上電網系統。但是CVT的設計受制造水平、工藝水平、原材料以及運行條件等多種因素的限制，使其在運行過程中易發生電容元件擊穿等故障。CVT故障的發生不僅會影響測量計量準確度，嚴重時甚至可能導致貫穿性擊穿造成爆炸、起火等惡性事故[1-3]。為防止上述事故的發生，在深入分析兩例500 kV CVT異常的基礎上，對500 kV CVT日常運行維護進行探討。

1 CVT工作原理

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器和電磁單元兩部分組成，其設計和相互連接使電磁單元的二次電壓實質上正比與一次電壓，且相位差在連接方向正確時接近于零[4]。其電氣原理圖如圖1所示。

圖1 500 kV CVT電氣原理圖

圖中，C1由C11、C12、C13組成電容分壓器的高壓電容器，C2為電容分壓器的中壓電容器； 500 kV CVT共有3節瓷套，C11在上節瓷套中；C12在中節瓷套中；C13和C2在下節瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起；T為中間變壓器，P為保護裝置，L為補償電抗器；Z為阻尼裝置。1a-1n，2a-2n，3a-3n為二次繞組作為保護、計量以及測量用，da-dn為剩余繞組。

由電容器分壓原理可知

(1)

式中，U2為電容分壓器的中壓電容器的電壓；UP為

表1 500 kV甲線CVT A相現場試驗數據及出廠試驗數據

注：⊿C為電容量初值變化

表2 500 kV乙線CVT C相現場試驗數據及出廠試驗數據

系統一次相電壓。

2 現場試驗

2014年2月，對500 kV敘府變電站500 kV甲、乙線線路CVT進行例行試驗。試驗發現500 kV甲線線路CVT A相上節、500 kV乙線線路CVT C相介損值及電容量與出廠試驗數據相比均有增長異常情況，試驗數據見表1及表2所示，均超過CVT狀態檢修規程的注意值(介損tanδ%≤0.25，電容量初值變化不超過±2%)[5]。

3 故障分析

現場試驗時由于C13與C2在下節瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起，因此測量的是C13與C2串聯總電容量。

根據電容串聯可知CVT總電容量C為

(2)

(3)

(4)

利用出廠值與現場試驗值計算500 kV甲、乙線CVT總電容量見表3。

由CVT工作原理可知，當CVT內部擊穿電容量變化會引起一次或二次電壓的變化，因此500 kV甲線CVT A相電壓變化為

(5 083.82-4 952.67)/4 952.67=2.64%

500 kV乙線CVT C相電壓變化為

(5 053.25-4 954.84)/4 954.84=2.59%。

表3 500 kV甲、乙線CVT電容量試驗數據

為了判斷CVT內部電容元件是否存在擊穿現象，查閱500 kV甲、乙線線路歷史電壓數據如下(見表4、表5)。

表4 500 kV甲線每月1日0點電壓

注：⊿U為相間電壓最大不平衡率。

表5 500 kV乙線每月1日0點電壓

注：2013年4月1日500 kV乙線停電，故無電壓數據。

相間電壓最大不平衡率為

(5)

截至2014年2月：500 kV甲線A相電壓最大不平衡率為2.60%，與計算的電壓變化2.64%基本一致；500 kV乙線C相電壓最大不平衡率為2.57%，與計算的電壓變化2.59%基本一致。初步判斷為CVT內部C1電容單元擊穿導致一次電壓升高。

通過表4及表5分析發現500 kV甲線A相電壓、500 kV乙線C相電壓比其他兩相電壓偏高且電壓逐漸增高，同時相間電壓最大不平衡率呈現逐漸增大趨勢，與現場試驗500 kV甲線線路CVT A相上節、500 kV乙線線路CVT C相介損及電容量與出廠試驗數據相比均有異常增長情況一致；從而排除了試驗干擾導致試驗數據錯誤的可能，間接證明了CVT內部電容元件擊穿的判斷是正確的。于是申請對故障CVT進行更換，避免了因CVT內部故障而可能引起事故的擴大。

4 解體檢查

為了查明故障原因，返廠對故障CVT進行解體檢查，解體前試驗數據如下(見表6、表7)。

將CVT分壓器解體，把芯子從套管中取出。對分壓器的元件逐一進行2.15 kV 的直流耐壓檢查，檢測出甲線CVT A相(解體檢查)發現從上往下數第55、71、74、75、77、80、82 號元件擊穿，共7 只元件擊穿；乙線C相互感器上節分壓器從上往下數第36、48、50 只元件擊穿，共3 只元件擊穿。

根據現場解剖的情況可以判斷此次互感器故障的原因是：元件極板銅引出片邊緣毛刺清理不干凈，局部場強集中導致元件擊穿。由于元件極板銅引出片的制造采用沖壓的方式，銅引出片邊緣容易產生毛刺，銅引出片沖壓后必須對邊緣進行清理，清理時若不注意，可能會使銅引出片的邊緣有極少的毛刺產生，局部場強集中，毛刺有可能會產生低能局部放電，在電場的長期作用下導致部分元件擊穿。由于是C1元件擊穿，C1電容量變大，C1阻抗變小，導致二次輸出電壓偏高。

表6 500 kV甲線CVT A相返廠數據及出廠試驗數據

表7 500 kV乙線CVT C相返廠數據及出廠試驗數據

5 防范措施

500 kV CVT內部故障以電容元件擊穿為主，由于內部元件擊穿是一個逐步緩慢發展的過程，若早期出現的內部元件擊穿故障未及時處理，將有可能導致CVT內部元件逐漸擊穿導致繼電保護誤動作、設備爆炸等事故。因此，為了及早發現CVT內部缺陷，提出以下幾點建議。

1)110 kV(66 kV)～500 kV 互感器在出廠試驗時，局部放電試驗的測量時間延長到5 min[7]。

2)CVT例行試驗時，不僅要關注CVT介損值，更要關注電容量的變化并結合歷次試驗數據縱向、橫向比較綜合分析，即使電容量變化未超出規程規定值，但其變化已明顯大于其余幾節時，應引起足夠注意[8]；對于電容量變化量接近或達到2%的CVT應查閱其歷史電壓數據，以每月1日0點或15日0點相間電壓最大不平衡率進行對比分析(參見表3與表4)。

3)應及時處理或更換已確認存在嚴重缺陷的電壓互感器；對介質損耗因數上升或懷疑存在缺陷的電壓互感器，應縮短試驗周期，進行跟蹤檢查和分析，以查明原因[9]。

4)隨著500 kV變電站無人值守的穩步推進對設備運行監視提出了更高的要求。由于CVT是全密封設備，除發生滲漏油、異常聲響等較易發現的故障外，內部故障一般不易發現，由CVT工作原理可知其內部故障可導致運行中的CVT一次或二次電壓異常，實際運行中可監視CVT一次與二次電壓，可以較早的發現CVT的異常情況。

5)定期抄錄一次、二次電壓以及開口電壓3U0，以每月1日0點或15日0點為宜，計算其最大相間電壓不平衡率以便跟蹤分析。國家電網公司《110(66) kV～500 kV互感器運行規范》中第二十一條明確了電容式電壓互感器二次電壓異常現象及引起的主要原因[10]。若監測到三相相間電壓最大不平衡率超過2%，為排除CVT二次回路壓降或者故障導致二次電壓異常，應立即通知二次繼電保護人員從CVT 端子箱直接測量二次電壓以便準確測試CVT二次電壓值；若判斷確為CVT內部元件擊穿，應盡快申請停電對CVT進行診斷性試驗。

6 結 語

簡述了500 kV敘府變電站兩只CVT同時出現電容量及介損異常增加的現象，結合返廠試驗及解體檢查情況分析得出：由于原材料或制造工藝致使CVT內部電容元件在持續電壓作用下局部場強集中，最終導致電容元件擊穿；電容元件擊穿不僅導致電容量增加，同時也會引起介損異常變化。最后對CVT出廠試驗、例行試驗以及日常CVT日常運維監視進行了探討。

[1] 印華，王勇，宋偉，等.電容式電壓互感器常見故障及原因分析[J].電工技術，2007(10)：70-71.

[2] 張霽. 電容式電壓互感器的特點及存在的問題[J].江蘇機電工程，2000，19(1)：35-36.

[3] 孫鵬舉.500 kV變電站電容式電壓互感器故障原因分析及經驗教訓[J].電力設備，2008，9(10)：65-67.

[4] GB 4703—2007，電容式電壓互感器[S].

[5] 偉國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[6] 唐鐵英，徐建文.電容式電壓互感器潛伏性故障發現及原因分析[J].中國電力教育，2011(18)：130-131.

[7] 國家電網公司.十八項電網重大反事故措施(修訂版)[S].

[8] 郭麗娟，徐宇軍.500 kV電容式電壓互感器介損超標原因分析及處理[J].廣西電力，2009(10)：27-28.

[9] 國家電網公司.預防110(66)kV～500 kV互感器事故措施[S].

[10] 國家電網公司.110(66)～500 kV互感器運行規范[S].