一起電容式電壓互感器二次回路故障診斷分析

馮 駿,徐 鋼

(1.國電泰州發電有限公司，江蘇泰州225327；2.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

電壓互感器是電力系統重要的一次設備，負責將高電壓轉換為較低的標準電壓，提供給系統中的電氣測量裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置和自動裝置。由于傳統電磁式電壓互感器（PT）易產生鐵磁諧振，而電容式電壓互感器（CVT）不會與外部元件(開關斷口電容)形成鐵磁諧振，且具有結構簡單、造價較低、耐絕緣沖擊強度高、絕緣裕度大等優點，在220 kV及以上的高壓系統中廣泛使用。CVT雖與電磁式相比有許多優點，但故障率較高，常見的有電容器受潮、部分電容擊穿造成二次電壓異常、油箱異音等。文中將探討由于CVT二次接地不良導致的一起故障，提出了加強保護柜等二次安全接地的措施及采取的對策。

1故障情況

2010年7月20日下午，某發電有限公司1號機組有功功率795 MW，運行于500 kV I母線；2號機組有功功率770 MW，運行于500kV II母線；500 kV雙母線正常運行方式。17時28分，NCS上“公用測控屏同步測量柜PT/CT斷線”；“公用測控屏光字牌總動作”，“500 kV故障錄波1，2柜及網控同步相量測量柜錄波啟動”等報警發出。

2故障分析與處理

現場檢查。NCS上第1套母線保護柜復合電壓保護動作；江港5245線、都港5246線、高泰5259線、港興5260線RCS931D保護起動；高泰5259線ABB561保護接地選相元件動作；高泰5259線、港興5260線零流保護正方向啟動等報警發出，后均復歸。

檢查港興5260線5052開關匯控箱時，發現就地匯控箱中部端子排1個固定螺栓發熱燒紅，周邊多個螺栓有放電現象，臨時將螺栓緊固則放電現象消失；測量5260線CVT二次三相對地電壓，第一繞組 A，B，C 三相分別為 8.9 V，90.1 V，89.9 V，第二繞組 A，B，C 三相分別為 9.0 V，89.9 V，89.7 V，第三繞組 A，B，C 三相分別為 1.1 V，98.8 V，99.0 V；3 只CVT二次小空開均未跳閘。

進一步檢查發現，故障時已發生CVT二次A相單相接地，港興5260線就地匯控箱內固定二次電纜槽盒的螺栓有明顯的間隙放電，且該線路CVT A相二次電纜絕緣嚴重受損（如圖1所示），并有進一步惡化趨勢。為防止CVT二次電纜短路造成CVT損壞，立即申請線路轉為檢修處理。經省調同意下令1號、2號機組解列AGC，減負荷至560 MW；匯報省調控制高泰5259線及港興5260線潮流；匯報網調逐步將港興線5052開關轉為檢修，將港興5260線轉為檢修。

圖1現場被放電燒灼的導線和槽板

現場初步分析認為，由于故障時已發生CVT二次A相單相接地，但CVT二次空開未跳閘，且B，C相對地二次電壓升高較多，因此可以判定CVT二次中性線Un未能有效接地，可能存在松動等問題。該線路采用無錫日新電機有限公司生產的CVT，根據廠家提供的CVT內部電氣連接示意圖 （如圖2所示）可知，經高壓電容C1分壓后，CVT的一次側對地電壓可達13 000 V左右，若Un不接地或接地不可靠，則CVT通過一次、二次之間的耦合電容，可以在二次側感應出高電壓（最高可達約1 000 V至2 000 V），該工頻耦合電壓會在絕緣薄弱環節產生對地放電現象。現場的故障現象與此分析一致。

圖2 CVT內部電氣連接示意圖

另外，由于港興5260線CVT二次A相的電纜與緊固二次電纜槽盒的螺栓接觸緊密，存在擠壓，從而造成A相電纜絕緣薄弱，在高壓作用下發生擊穿，而螺栓與涂刷油漆的支撐鋼架接觸不良，因此在間隙中產生放電現象，且周邊有多個松動的小螺栓與帶電的支撐鋼架間發生間隙放電。進而造成該緊固二次電纜槽盒的螺栓過熱，引起與螺栓直接接觸的CVT二次電纜絕緣進一步受損，導致故障現象惡化。

在將線路轉為檢修后，拆除了故障螺栓，將絕緣受損的相關CVT二次電纜進行包扎及加強絕緣處理，檢測絕緣合格，同時將所有螺栓及箱體內端子排有關接線和連接片都進行了緊固，處理完畢后報網調申請將港興5260線轉為運行。港興5260線投運后，未再發現螺栓放電現象。

3故障引發的建議及思考

3.1幾點建議

（1）進一步加強監測，并對其他同類型端子箱進行排查，消除安全隱患。

（2）結合檢修，檢查線路有關箱體、保護柜等二次接地狀況，確保可靠連接。

（3）該廠CVT二次小空開型號為C65N/32A，額定電流偏大，所以在二次回路發生A相單相接地故障時沒有跳閘。根據該廠的實際情況，選擇額定電流為6 A或10 A的空開即可。很多時候，由于設計院過分考慮了小空開電流的層級配合，導致選型過大，不利于故障時小空開及時跳閘。

3.2關于電壓互感器二次回路接地問題的思考

（1）根據GB 14285—2006[1]和國家電網公司十八項電網重大反事故措施（試行）繼電保護專業重點實施要求的相關規定：電壓互感器的二次回路只允許有一點接地，接地點宜設在控制室內。如果是獨立的，與其他互感器無電聯系的電壓互感器可以在開關場，靠近一次設備的地方一點接地。為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的開關或熔斷器等。而如果是多回路 （2個以上，如母線PT）公用PT，宜在控制室內的公用柜一點接地，必要時，就地的中性點可加裝放電間隙或氧化鋅閥片，但這也是雙刃劍，應經常維護檢查，防止發生電壓二次回路多點接地的現象。

（2）擊穿保險有機械式和電子式2種，機械式簡單有效，但擊穿后無法實現報警功能，而電子式可以實現報警功能，且整定便捷，是今后的發展方向。

4相關的參數計算

首先，要計算放電間隙或氧化鋅閥片的擊穿電壓峰值，根據文獻[2]該電壓應大于30ImaxV（Imax為電網接地故障時通過變電站的可能最大接地電流有效值，kA），國際大電網會議工作組報告規定：對于格網式接地系統，當回路完全置于變電站地網范圍內時，最大的期望橫向電壓（由導線及地網引入回路的電壓）為每1 kA故障電流10 V，即橫向電位差值10 V/1 kA，其擊穿電壓峰值應大于30ImaxV，即10×2×Imax≈30Imax，式中的 ■ 2 考慮短路電流中的直流分量（沖擊系數取2），放電間隙兩端產生的電位差值如圖3所示。

圖3 CVT中性點接入放電間隙后所承受的橫向電位差說明

當電網發生接地故障時，通過變電站接地網的最大短路電流為Imax時，產生的橫向電位差值作用于放電間隙的兩端，因為放電間隙和N600的接地點都在升壓站的接地網上，故放電間隙的兩端承受的是橫向電位差值而不是縱向對地電位。

該廠升壓站位于華東電網500 kV主通道上，根據華東電網2009年度220～500 kV繼電保護整定方案及調度運行說明中的數據進行計算：

取 SB=1 000 MV·A，UB=525 kV，則 IB=

式中：SB為系統容量基準；UB為系統電壓基準，IB為系統電流基準。

綜上所述，當該升壓站發生三相直接金屬性接地時最大故障電流 Imax為：1.1×45.047 9=49.55 kA，代入計算式得峰值電壓為：30×49.55=1 486.5 V。

按上述10 V/1 kA進行估算，該升壓站最大兩點間的地電位差值約為500 V，而一般的電氣設備和二次繞組的耐壓值按2 kV、1 min設計，這樣也不難取到整定擊穿電壓的配合，即放電間隙或氧化鋅閥片的擊穿電壓可直接按該峰值電壓選型。

另外，根據DL/T 995—2006[3]的規定：對采用金屬氧化物避雷器接地的電壓互感器的二次回路，需檢查其接線的正確性及金屬氧化物避雷器的工頻放電電壓。定期檢查時可用兆歐表檢驗金屬氧化物避雷器的工作狀態是否正常。一般用1 000 V兆歐表時，金屬氧化物避雷器不應擊穿；而用2 500 V兆歐表時，則應可靠擊穿。建議該廠將此項檢查工作列入日常定期任務之中。

5結束語

通過對該故障處理分析，提出在500 kV升壓站的日常維護中，應充分重視繼電保護二次回路的接地問題，并定期檢查這些接地點的可靠性和有效性，防止因接地問題造成電壓互感器的二次回路故障，保障電網安全、穩定運行。

[1]GB 14285—2006，繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].

[2]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護典型故障分析[M].北京：中國電力出版社，2001.

[3]DL/T 995—2006，繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程[S].