一起電容式電壓互感器3U0越線告警缺陷分析及處理

郭 曉，周 剛，李銳鋒，田燁杰

（國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

由于電容式電壓互感器（CVT）具有耐電強度高、絕緣裕度大，且在運行中能抑制鐵磁諧振，同時可以搭載通信信號，在測量、保護及遙控等方面有積極作用，因此在35 kV 及以上的電力系統中廣泛應用[1]。本文通過對一起220 kV 母線電容式電壓互感器故障的現場進行分析，剖析了CVT的基本結構、工作原理，進一步分析歸納了CVT在運行中常見的故障類型及預防措施，同時分析了一般對于CVT 檢測過程,通過案例分析了故障原因、故障類型，并針對性提出了處理情況以及預防這些故障的措施和建議。

1 事件概況

監控發現某220 kV 副母壓變3U0告警，告警電壓2.7 V。三相電壓：A 相132.87 V，B 相131.71 V，C相135.83 V。C相電壓偏高，初步懷疑上節電容存在局部擊穿，計劃結合綜合檢修進行檢查。

2 設備情況

現場檢查表明CVT及其他裝置仍處于正常運行狀態。具體參數為：某220 kV 副母線電壓互感器，型號為TYD3-220/ 3-0.01H，出廠時間為2009 年7月1日，投運時間為2010年6月29日，并且上次檢修時間為2016年4月30日。

3 檢查分析與處理情況

2021年4月30日對某220 kV副母線電壓互感器進行了診斷性試驗，具體試驗數據如下所示（試驗溫度：28 ℃；試驗濕度：35%）。

3.1 絕緣電阻試驗情況

從表1 可以看出，絕緣電阻沒有明顯變化，因此電磁單元內部各部件絕緣電阻正常。

表1 絕緣電阻試驗情況

3.2 損耗與電容量試驗情況

表3 變壓比檢測

從介質損耗與電容量試驗數據結果可以看出，C 相耦合電容C11（上節）的介質損耗tgδ和電容量變化均不符合標準Q/GDW1168—2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中第5.6.1.1中規定的CVT巡檢及例行試驗項目中“電容式電壓互感器的電容量初值差應不超過±2%（警示值）；介質損耗因數≤0.0025（膜紙復合）（注意值）”的規定，因此基本可確定該電容單元絕緣出現明顯劣化現象。

4 故障原因分析

4.1 CVT的基本結構及工作原理

如圖1 所示，220 kV 電路中的CVT 主要由電容分壓器和其他電磁單元組成（包含補償電抗器L、中間變壓器T及阻尼裝置等），電容分壓器又包括高壓電容器C1（包含上節C11和下節C12）和中壓電容器C2。

圖1 220 kV CVT結構示意圖

二次側的電壓值須要由電容分壓器的分壓比KU進行計算。

式中：C11為耦合電容（上節）；C12為耦合電容（下節）；C2為分壓電容（下節）。其中U1為高低壓端子之間的電壓差，U2為中壓端子上所加的電壓。二次繞組的電壓可以通過U2與中間變壓器的變比的比值得到。

4.2 電容式電壓互感器（CVT）常見的故障類型分析

在實際運行中，CVT的常見故障類型一般分為以下幾種。

4.2.1 過熱故障

CVT的過熱故障也是在運行中較為常見的故障之一，如當流過CVT的電流過大，內部結構產生物理化學反應引起局部過熱，當溫度長時間明顯高于環境溫度時，稱之為過熱，從而引起熱老化，而長時間的過熱如不能及時冷卻即會產生燒毀，嚴重者還可能產生爆炸，影響電網的安全[2]。而預防故障的方法就是定期利用紅外測溫裝置對設備進行檢測，同時密切關注是否有過熱引起燒蝕的跡象，定期進行維護。

4.2.2 局部放電故障

CVT的局部放電故障主要原因一般CVT組件受潮或者不完全真空引起，受潮會引起局部凝結水汽，由于水汽導電性，在高電場下產生局放[3]；而如密封不嚴會使外界的雜質陸續進入元件內，長時間引起局部放電。因此，如要預防局部放電故障就要通過定期測量絕緣電阻和介質損耗，一旦發現缺陷應第一時間進行維護。

4.2.3 絕緣老化故障

常年運行于較為惡劣的環境中，如高溫、污染嚴重等，會加速設備的壽命老化，使設備的性能提前降低，因此在選擇設備時也要根據環境的條件來選擇，同時巡檢的周期也要根據環境適當進行調整。

4.2.4 產品質量引起的故障

在實際工程中產品的廠家、批次的差異，很可能出現有一些質量不過關的產品，也有的元件是因維護而更換的，更換產品與原產品的標準也有一定差異而引起故障。為了避免此類故障，須在施工時對質量嚴格把關，進行充分的試驗。同時對出現故障的元件批次進行跟蹤，避免出現同類故障，做到超前防范。

4.3 電容式電壓互感器（CVT）的故障檢測方法

在對CVT進行檢測試驗時，一般要經過如圖2所示的步驟：

檢測外觀時一般須對CVT金屬件外露表面的防腐蝕層涂層進行檢查，保證瓷套的完好性，然后須進一步檢查元件的密封和焊接情況，避免出現漏油現象。已知的影響絕緣電阻測量的因素有：濕度、溫度、表面臟污和受潮、被測設備剩余電荷、兆歐表容量的影響[4]。通過測量電容值和損耗tgδ可以有效對CVT的性能進行檢驗。

經現場檢查與試驗，如圖1 所示，當C相耦合電容C11增大時，電容式電壓互感器分壓比KU=由出廠時的6.37 下降為6.22，減少為出廠時的97.6%。當中間變壓器變比未發生改變時，C 相電容器一次端子對二次端子的變比K也將下降為正常狀態的97.6%左右。由試驗結果可知，AB 相一次對dadn 的變比均在1250 左右，因此C 相電容器未出現絕緣層擊穿前，其一次對dadn 的變比也應在1250 左右。當出現絕緣層擊穿后，C 相一次對dadn 的變比變為1250×97.6%=1220，該值與C相實測值1220吻合。另外，從三相變比看，當C相變比變為1220后，考慮變比測量誤差和三相相角誤差，2.48 V與告警值2.6 V基本吻合。

綜上，此次220 kV 副母線3U0越限報警的原因為C相耦合電容C11（上節）絕緣劣化，使電容量增加。電容量的變化引起了電容器分壓比的變化，從而三相電壓不平衡量增大，進而導致C 相壓變變比誤差增大，最終引起3U0越限報警。后期，對三相電壓互感器進行了整體更換，更換后3U0越限報警消除。現場對C相耦合電容C11（上節）進行了多次試驗，試驗結果基本一致，考慮其電容量和介質損耗均超過規程要求，懷疑其為電容元件層間絕緣存在擊穿現象。

5 后續措施

經現場檢查與試驗，可以看出：

3U0越限報警雖已消除，但導致C 相耦合電容C11（上節）絕緣劣化的原因尚未明確，可能是由于產品本身質量的原因，建議對該批次電壓互感器加強關注，重點排查，尤其是介質損耗或電容量增長較快或試驗數值已經較大的設備，同時要及時整理完整的設備缺陷報告，指導以后工作的開展。

須查看元件投運的時間，如長期運行，可能是絕緣老化，同時須進一步開展絕緣油試驗并返廠解體檢查，以確認該絕緣劣化的最終誘因。

6 結束語

隨著電容式電壓互感器在中高壓電力系統中的廣泛應用，統計表明其出現故障量也隨之增加，經過現場試驗證明，CVT 的故障一般與其結構原理、工藝質量、日常維護頻率有密切關系。本文通過分析研究某220 kV 變電站的電容式電壓互感器3U0越線告警缺陷，分析得出告警的原因為耦合電容絕緣劣化引起的。除此以外，通過分析其他事故案例均存在此類問題。因此須不斷加強設備的維護和定期檢測。在以后的CVT驗收中將此項作為一個重要標準，從而避免此類型異常再次出現，保證電網的安全穩定運行。