一起110kV母線CVT電壓異常的原因分析

作者/王瀟，國網山東省電力公司齊河縣供電公司

一起110kV母線CVT電壓異常的原因分析

作者/王瀟，國網山東省電力公司齊河縣供電公司

本文以一起110kV母線CVT電壓故障為工程實例，依照電子器件CVT的內部構造、工作性能及器件拆分明細等內容，手動測定其介質損耗及電容量變化值。將測定值與相關電氣工程規范值及備忘數據進行對比、總結，經分析后得出如下結論，即：在電容核芯發現隱患，絕緣不良使其電壓出現紊亂，并針對具體故障制定了防治手段。

母線CVT ；電壓異常；電容測定；原因分析

引言

CVT是供電體系中用于輸變電的重要器件之一，該設備具備極強的信號轉送能力，可將電壓值實時傳輸到供電儀表、過載保護及其他智能化設備中。該設備具有絕緣性能優良、構造簡潔、可維護性強、可抗擊簡諧振動等諸多優勢，彌補了電磁式互感器的缺陷。CVT的絕緣能力直接關系到整個供電系統的正常運行，其重要性不可小覷。

1. 器件構造及原理

CVT構造相對簡單，主要包括：C1,C2（分壓器）、L（電子阻抗器）、B（中途變壓器）及Z（阻尼式電子阻抗）等基本電子組件。其中分壓器由一個C1（高壓）及一個C2（中壓）構成，兩個分壓器均由大約50枚電容單體組集而成，輸入電壓進入CVT后，先途徑C1（高壓），進而可在C2（中壓）中采集到一次介于10-20kV的電信號，通過分壓器后，可將高壓信號轉變為中壓信號并再次輸出。根據變壓器基本原理，可得中壓電壓計算公式，具體見下式1所示。

其中，CVT設備的基本構造見下圖1所示。

圖1 CVT基本構造圖

2． CVT電壓異常示例

2016年夏，由于氣溫炎熱，酷暑難耐，在我國南方某地，一220kV民用變電站的110kV母線CVT電壓異常，較正常值偏低。為了確保變電站安全，指揮室下令緊急斷電，并對CVY組件進行全面排查，其中CVT型號為薄膜-紙復合式絕緣，出場時間為2014年。在具體的排查中發現，該型號分壓器的C1（高壓）及C2（中壓）間未見暴露引線，只能選用手動激勵法，手動測定C1（高壓）及C2（中壓）的介質損耗和電容量差值[1]，具體測定數據詳見下表1所示。

表1 CVT測定參數

3.異常因素解析

對采集得到的數據進行試算，分析上表可知，發生異常前，將有關數據帶入式1.1中，可得電壓在發生異常前及異常后的電壓U2值分別為17.8kV和17.6kV，顯然，發生異常后的U2值較未發生異常的U2值顯著減小，理論計算結果同實地觀測值基本一致。

經計算，C2（中壓）中的電容變化情況介于0-10%內，但C2（中壓）中的電容值明顯增加，可以肯定C2（中壓）內出現部分短路故障。且介質損耗值遠大于產品投放標準值，兩參數均出現不同程度的增加，基本能夠判斷C2（中壓）內的核芯絕緣異常。分析參數變化及故障特性其原因可能如下。

首先，CVT器件在組裝階段，出現接口密封不良問題，裸露的接口使得外界潮濕空氣不斷涌入組件內，導致內部電子元件變潮，絕緣能力銳減，在高電壓下極容易發生短路問題。再者，商品制造企業為了追求經濟效益，人為縮減工藝流程，在組裝電容器內部核芯時，核芯底部烘干不充分，少許水分被滯留在電容器內部，嚴重威脅了電容設備的絕緣性能；或是在核芯卷裝過程中，未及時壓實，使得核芯內部在空氣中停留過久，卷裝到內部的水分在電壓的作用下向核芯外移動，嚴重損害了電容介質。最后，在核芯卷裝的過程中，卷層內出現破損，不均勻的電容內壁引發電場畸變，內壁薄弱部分被高壓擊壞，破壞了電容的整體性，致使絕緣性能降低；剩余內壁繼續承受高電壓作用，不斷有新的內壁被擊壞，如此不良循環，最終導致電容整體絕緣性能損失殆盡[2]。

4 .CVT電容拆解分析

為了進一步認識CVT電壓異常后的內部真實響應，特派專業技術專家對本次異常CVT設備進行現場拆解分析。經分析可知，此次故障CVT組件內部各接縫部位密封良好，未見有大面積滲漏情況；為了精確判定器件內部是否出現滲水問題，特對CVT內部的絕緣保護油進行反應譜、水密性及壓力測試，經試驗分析，各指標參數均位于正常值內，可以基本排除由于外界水分滲透而引發的絕緣失效問題。

進一步將電容內部的電容單元取出，經查看，共計取出51枚電容單元。采用排除法分別對各電容單元進行絕緣測試，最終確認第42枚電容單元出現嚴重的薄膜-紙碳化現象，可以認定在該位置處曾出現嚴重的高電壓擊穿短路問題，經試驗測定，各數據完全滿足擊穿短路問題的特點。為了排查電容在卷裝過程中可能出現的問題，將各個單元進一步拆解，取出電容核芯，經詳細檢查，在卷裝內壁的薄膜-紙表面未見明顯的人為破損痕跡，但在局部出現潮濕跡象，且電容內壁均勻平整，可以排除電容在卷裝過程可能出現的人為破損情況。

最后，經技術部門聯合分析整合，基本認定此次CVT設備電壓異常情況歸咎于供應商在產品生產中未嚴格遵照工藝流程，導致電容內核芯在尚未完全烘干的條件下就過早施行卷裝操作；且在單層卷裝操作完成后，并沒與及時壓實，導致內壁長時間暴露于潮濕的空氣中，最終導致電容內核芯受潮加快了介質的損耗。

在檢查工作完成后，技術人員與供應商取得聯系，供應商在仔細核查產品加工流程時發現在核芯卷裝過程中確實出現上述問題，由于當時工廠訂單量積壓嚴重，為了加快供應速度，人為縮短了加工流程，給后續安全使用留下巨大威脅[3]。

5 .總結

隨著我國社會經濟建設的快速發展，各式各樣的家用電器不斷普及，普通居民的用電量逐年攀升；加之我國工業產業結構轉型的不斷推進，工業企業對電力供應的依賴性與日俱增。作為供變電系統中重要組件之一的CVT設備，必須嚴密監視其在工作階段的介質損耗及電容量變化情況，通過測定電壓變化值快速而準確的定位CVT設備內的故障位置及類型，確保CVT設備在出現故障后，能做到早發現、早解決、早預防。

＊ [1] 王學錦，蔡建輝，黃繼來，陳達.110KV母線CVT電壓異常的原因分析[J].安全生產，2015（5）：32-33.

＊ [2] 張廣東，溫定筠，胡春江，等.一起CVT故障的處理及分析[J].電力電容器與無功補償，2015，36（1）：81-83.

＊ [3] 金慶忍，郭敏，陳衛東，楚紅波.220KV母線CVT開口三角電壓異常定位分析[J].廣西電力，2016,39（5）：13-14.