一起電容式電壓互感器電容增大的原因分析

洪貞賢

(廣東電網有限責任公司佛山供電局試驗研究所，廣東 佛山 528000)

0 引言

2016-01-11，某供電局試驗研究所試驗人員對110 kV X站110 kV Y線A相電容式電壓互感器(capacitor-voltage transformer，CVT)進行預防性試驗。在試驗過程中，發現上節電容C11的測量值為13 180 pF，與2014年預試值比較偏差+2.24 %，與2004年交接值比較偏差+2.96 %；分壓電容C2的測量值為49 410 pF，與2014年預試值比較偏差+0.57 %，與2004年交接值比較偏差+0.61 %。110 kV Y線CVT電容量測試數據如表1所示。

表1 110 kV Y線CVT電容量測試數據

從表1可以看出，上節電容C11電容量增長過快，但未超過南方電網《電氣設備預防性試驗規程》的規定(每節電容值偏差不超出額定值的-5 %～＋10 %；若超過＋2 %時，需縮短試驗周期)。

隨后試驗人員又進行了變比等項目測試，發現變比也明顯減小，具體數據如表2所示。

對表2數據進行分析，懷疑上節電容有個別電容單元被擊穿而短路，使上節電容串聯的電容單元只數減少，總電容增大，變比減小。

對該CVT進行更換，并在檢修車間對換下的CVT進行解體檢查。

表2 110 kV Y線CVT變比測試數據

1 內部結構分析

110 kV X 站 110 kV Y 線 CVT 的 型 號 為TYD-110/-0.01H，出廠日期為2004年3月，額定一次電壓為110/kV，額定二次繞組電壓為100/V。其電氣原理如圖1所示。

圖1 110 kV電容式電壓互感器電氣原理

由圖1可以看出，CVT由主電容C11、分壓電容C2、中間變壓器T、電抗器L和輔助元件(限流電阻R、放電間隔P)等組成。其中，主電容C11由m個電容單元C0組成，分壓電容C2由n個電容單元C0組成，如圖2所示。

圖2 主電容和分壓電容內部結構

電容量C11=C0/m，C2=C0/n；且m＞n，m和n的比一般為4∶1。

分壓電容的分壓比K=(C11+C2)/C11≈5。

2 檢查過程

2016-02-16，討論通過了故障CVT的解體方案后，對CVT進行了解體。

對CVT進行外觀檢查，電容單元和電磁單元外部均密封良好;電磁單元油箱油位鏡油位正常，如圖3所示。

圖3 電磁單位油箱油位鏡

吊起瓷套檢查，電容單元芯柱外部正常，如圖4所示。

取出電容單元檢查，上節電容由90只電容單元串聯組成，下節電容由23只電容單元串聯組成，如圖5所示。

圖4 電容單元芯外觀檢查正常

圖5 CVT電容單元

3 電氣試驗

對所有113只電容單元進行電容量測量，并用1 kV電壓測試15 s時的絕緣電阻值，如圖6所示。

圖6 CVT電容單元測試

測試結果表明，上節電容自上而下編號為70，76，86號電容單元的電容量均為0，極間絕緣電阻均為0。其他電容單元測試數據正常，約為1.15 μF，兩極間絕緣電阻均大于1 000 MΩ。

4 電容單元分解檢查

薄膜電容器電容采用膜紙絕緣結構，以金屬箔當電極，將其和薄膜、紙從兩端重疊后，卷繞成扁筒的形狀。將70，76，86號電容單元層層展開后，發現3只電容均出現不同程度擊穿灼燒痕跡，如圖7所示。

圖7 受損電容單元的灼燒痕跡

5 故障原因分析

對受損CVT進行內部結構分析、解體檢查、電氣試驗后，分析故障原因如下。

5.1 故障前后的主電容C11和相差值計算

(1) 所有電容單元正常時：

C11≈C0/m=1.15/90=12 780 pF；C2 ≈C0/n=1.15/23=50 000 pF；

K=(C11+C2)/C11≈(12 780+50 000)/12 780=4.91。

(2) 當上節電容擊穿短路時：

C′11 ≈ 1.15/87=13 200 pF；

K′=(C11+C2)/C′11≈(13 200+50 000)/13 200=4.79；

即：K′與K相差值=(K′-K)/K=(4.79-4.91)/4.91=-2.44 %。

5.2 原因分析

以上計算結果表明，CVT上節3只電容單元擊穿后，CVT上節電容增大，但增量未超過規定的范圍，與預防性試驗結果相同。

因此，CVT上節有3只電容單元出現擊穿，是造成這次故障的根本原因。同時，計算得到的K′與K相差值為-2.44 %，與此次測得變比相差-2.45 %相吻合。

6 解決措施

隨著主電容C11的電容單元個數的減少，其他未擊穿的電容單元將承受著較高的電壓；同時，C11電容量變大，線路電壓經過C11，C2分壓，使得運行時C2和中間變壓器一次繞組承擔比正常運行情況下更高的電壓。此次故障處置及時，立即采取停運措施，否則將可能發生電容器爆炸，造成嚴重后果。

對此，提出了以下幾點措施。

(1) 應嚴格按照《電力設備預防性試驗規程》的周期、項目、標準開展預防性試驗。當電容值與出廠值比較增加量超過+2 %時，應縮短試驗周期；必要時進行相關的檢查性試驗。

(2) 有條件的變電站，應安裝CVT在線監測裝置，對二次電壓進行實時監測；當電壓超出要求時，需查明原因，采取縮短試驗周期等措施;

(3) 因CVT檢修停電困難，故障后的影響面廣，解體檢查修復的周期相對較長，建議制造廠提高制作工藝，嚴把質量關。

參考文獻：

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