電容式電壓互感器二次電壓偏低現象分析

劉同杰

(樂山電業局，四川 樂山 614000)

電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer，簡稱CVT)是由電容分壓器與電磁單元兩部分構成，它具有電壓互感器與電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器的雙重功能，因此近年來在電力系統中得到廣泛的應用［1］。

CVT一般常用于110 kV等級及以上變電站中。目前，由于受制作工藝、運輸、設計等諸多因素的影響，CVT在運行中的問題也遠遠高于電磁式電壓互感器和耦合電容器［2］，文獻［3］中電容式電壓互感器二次電壓偏高分析，文獻［4］中對CVT二次失壓故障的試驗分析等，都表明CVT二次電壓出現異常情況的現象很頻繁，急迫需要透徹地對其現象進行分析。因此針對此問題，以CVT二次電壓偏低現象為基礎，進行試驗數據分析、CVT解體及相關理論計算，在詳細闡述該CVT的結構和制作工藝不足的基礎上，提出了相關的預防措施，以便減少該現象的繼續發生，保證電容式電壓互感器在電網中穩定、安全運行。

1 CVT的工作原理與結構

電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中間變壓器組成。由串聯電容器抽取電壓，再經變壓器變壓用作計量、繼電保護，如圖1所示。

圖1 110 kV電容式電壓互感器原理圖

出現異常現象的電容式電壓互感器為西安西電電力電容器有限公司，型號為TYD110√3－0.02H，2006年7月生產，2006年12月投運。其內部結構由5節電容串聯組成，上4節為C1，最下面1節為C2，并用酚醛層壓紙板組成的框架將其夾緊，其中每節電容又由16個電容單元串聯構成，各單元間的連接采用窄銅帶焊接方式。該互感器引出端子設置在環氧層壓板上，端子與板間用密封圈密封。并且能滿足在1.2Un 及1.5Un(中性點有效接地系統)或 1.9Un(中性點非有效接地系統)的鐵磁諧振試驗要求。

2 故障情況經過

2011年7月28日下午4時37分，某110 kV變電站運行人員對110 kV I段母線TV進行倒母操作，操作后繼保人員發現B相TV出現二次采樣電壓偏低的異常現象，如表1。事故發生前，檢修人員只對I段母線刀閘進行除銹工作，對其他設備沒有任何操作。

表1 二次電壓采樣數據

2.1 停電后檢查

故障發生后，針對此異常現象，現場對I母B相TV進行設備外觀檢查，其絕緣瓷瓶外表清潔、連接可靠、油位正常、N端與X端也可靠接地，并未發現閃絡的跡象及其他異常。繼保班工作人員對二次回路進行了詳細檢查，測量各節點電壓，檢查二次回路的絕緣狀況，一切正常，由此推斷是主設備自身的原因。為了查清CVT自身問題所在，高壓試驗班對B相CVT進行了絕緣試驗、直阻和變比試驗，表2、表3、表4分別為CVT介質損耗、二次直阻、變比試驗的故障檢查試驗數據。

表2 介質損耗實測結果表

表3 二次直阻實測結果表

表4 變比實測結果表

表2表明，I母B相TV絕緣試驗數據合格，可排除TV進水受潮和斷線的可能性。表3中可知道二次繞組直阻數據屬于正常值，也可排除由于二次繞阻的問題造成此異常現象。從表4中可看出故障后變比測試的誤差值比較大。綜合以上3類試驗數據，可大體上推斷出此異常狀況是由CVT的一次電容屏絕緣受到局部破壞所導致。

2.2 CVT 解體檢查

為了進一步查清楚故障所在處，對I母B相TV進行解體，擰下電容分壓器與電磁單元法蘭處的螺絲，吊起電容分壓器，經仔細檢查發現，在電容分壓器的C2的第8個電容單元處有黑點，并對16個電容單元逐一進行電容量測試，發現第8個電容量為零。對第8個電容單元進行拆解，如圖2，發現錫箔紙受到局部放電的影響已被擊穿。

圖2 錫箔紙局部破壞

2.3 計算分析

為了進一步確認故障由該處所引起，利用表2中的電容量相關數據進行計算，計算過程如下。

中壓電容C2所分得的額定電壓為

那么C2對二次繞組的額定變比分別為

C2未故障時，每個電容單元電容量為

當第8片電容量為零，C2總電容量為

則此時中壓電容上所分得的電壓為

利用式(2)中的計算結果，得二次電壓為

從式(6)計算數據中可得出I母B相TV二次電壓與表1中所反應的數據相差不大，從理論上可以將此次二次電壓偏低的異常現象得到論證，此故障確實是由第8節電容單元電容量為零所引起。

3 故障原因分析

從故障現象及試驗檢查情況來看，出現該故障可能有以下幾點原因。

(1)該次出現故障的產品只能滿足在1.2Un及1.5Un(中性點有效接地系統)或1.9Un(中性點非有效接地系統)的鐵磁諧振試驗要求，此次倒母操作很可能產生多次的諧波諧振電壓，易產生局部放電，損壞分壓電容絕緣。

(2)酚醛紙板的層間易帶雜質，且紙板不易干燥徹底，這些將導致電容芯柱高壓端對地發生放電擊穿現象。

(3)鋁箔端部尖端處場強集中，易產生局部放電，從而對膜紙復合介質的絕緣性能產生了積累效應，縮短了使用壽命。

(4)元件間的連接采用窄銅帶焊接方式，不能承受大電流的沖擊，電流密度大，并且在焊接時溫度較高，有可能會燙傷元件端絕緣，且焊渣易脫落，位于兩極板間的焊渣易導致局放量增大，更嚴重者將引起電容元件的擊穿。

4 預防措施

與此次故障類似結構的CVT仍有大量在網運行，為了避免類似故障再次發生，保障電網安全穩定運行，可采取以下措施預防:①CVT產品為充油密封結構，在使用期間應經常巡查產品的密封情況;②出線盒中d1、d2端子是阻尼器的連接端子，使用中必須保證可靠連接，不允許松動;③當不接載波裝置時，N、X端子必須可靠短接;④運行中應注意產品有無異常響聲，二次電壓指示是否正常，開口三角形電壓是否升高，如有異常應停止運行;⑤利用停電預試機會，加強對CVT的檢查和試驗;⑥日常維護中重視紅外熱成像的應用，通過定期進行紅外監測和診斷，及早發現設備的缺陷，排除事故隱患;⑦每次過電壓操作后，應注意觀察CVT二次的電壓有無較大的變化。

以上為針對類似結構產品提出的預防措施，對于新建變電站使用的CVT，針對其內部結構及制作工藝，提出以下幾點要求，以防止缺陷的頻繁發生。

(1)要求CVT在0～1.5Un(中性點有效接地系統)或0～1.9Un(中性點非有效接地系統)任一電壓下都能滿足鐵磁諧振試驗的要求，以保證CVT投運時不發生鐵磁諧振現象。

(2)引出端子板采用一體式環氧澆注板(即引出端子的導桿與環氧在真空下澆注而成)，端子與板的結合致密，保證不吸潮，絕緣性能好。

(3)元件間的連接采用寬鋁帶壓接方式，保證能承受大電流的沖擊，電流密度小，對極板無灼傷作用，杜絕由于脫落的焊渣引起的電容器內部的擊穿現象。

(4)在鋁箔的端部處增設補強紙，降低局部放電量，提高了絕緣水平，延長使用壽命。

(5)電容分壓器芯子緊固，采用塑料收縮帶及瓷套兩端的蓋板，包角采用電工紙板。杜絕酚醛層壓板的沿面放電現象。

5 結論

隨著電容式電壓互感器廣泛地在電力系統中應用，出現的故障也在相應地增加。此次故障并非是偶然，在本單位已有兩起該故障發生，并且在外單位也有多起類似缺陷出現，盡管表現形式多樣，但始終歸結于制造工藝、結構原理及絕緣的累積效應所導致。近年來，CVT故障率的不斷增加影響了電網的安全運行，為此，必須引起制造廠家和電力部門對該問題的高度重視，要求不斷改進產品的制造工藝和手段，重視日常運行維護管理工作。

［1］周芳，韓幸軍，李懂懂，等.一起110 kV母線電容式電壓互感器二次電壓異常分析與處理［J］.電氣技術，2011(5):51－52

［2］江礓，張富剛，樊越甫，等.110 kV變電站電壓互感器故障原因分析［J］.電力自動化設備，2010，30(10):139 －140.

［3］劉勝軍，王忄廉，郭猛.電容式電壓互感器二次電壓偏高分析［J］.變壓器，2010，47(4):66 －68，11.

［4］胡偉，王天一.電容式電壓互感器二次失壓故障的試驗分析［J］.電力電容器與無功補償，2011，32(2):59 －62.

［5］張金祥，黃德順.淺析電容式電壓互感器二次電壓偏高現象［J］.高電壓技術，2006，32(1):115 －116.