電容式電壓互感器介損增長異常分析

陳潤穎,王周祥

（長沙電業局，湖南長沙 410600）

電容式電壓互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT）主要是由電容分壓器和中壓變壓器組成的電氣設備[1]。由于CVT結構獨特，因而在實際中應用廣泛。例如用作電壓互感器和電力線路載波裝置中的耦合電容器，尤其近幾年，普遍運用于110 kV及以上電壓等級的變電站[2-4]。

隨著CVT的推廣運用，CVT在運行中遇到的問題越來越多。主要是受制造工藝、設計水平等多種因素的影響，在運行過程中故障時有發生[5-7]，例如：諧振過電壓、滲漏油、內部絕緣受潮、電磁單元二次側輸出電壓異常、分壓電容與電磁單元不匹配、中壓變壓器故障等，嚴重影響了電網運行的安全穩定性[8-9]。

圖1 CVT電氣原理圖Fig.1 The electrical schematic diagram of CVT

為了研究故障，給出CVT電氣原理圖，如圖1所示。圖中，C1由C11、C12、C13組成，C2為分壓電容。CVT的瓷套節數與電壓等級有關，通常在500 kV電壓等級中有3～4節瓷套，220 kV電壓等級中有2節瓷套，110 kV及以下電壓等級中有1節瓷套[10]。C11在上節瓷套中；C12在中節瓷套中；C13和C2在下節瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起；L為補償電抗器；Z為阻尼裝置；J為帶避雷器結合濾波器。

1 電容分壓器介損增長異常情況分析

1.1 介損增長異常情況

2011年11月，星城500 kV變電站的500 kV星天線A相CVT下節電容分壓器C2及C13在預試中發現介損增長同往年相比異常，試驗數據見表1。理論計算值如下。

表1 預試試驗數據及往年試驗數據Tab.1 Pre-test data and the experimental data in previous years

計算值與測量值（0.365）基本一致，說明試驗方法是正確的[11]。電容量比往年值增大1%，電容量和介損值雖都未超出《電力設備預防性試驗規程》中的規定值（分別為±2%、0.5%），但介損異常增長，初步猜測是C13內部存在缺陷，由于條件所限，預試時的試驗電壓最高為10 kV，因而無法對介損增長異常原因做出直觀的準確的判斷，需要將其退出運行，進一步試驗[12-13]。

1.2 提高試驗電壓分析介損增長異常緣由

將該相CVT的C13試驗電壓從10 kV升至100 kV，得到試驗數據見表2。從10 kV到81 kV，隨著試驗電壓的升高，C13介損下降到0.045%，但電容量卻比往年值增大4.42%，說明有元件被擊穿。隨后，當試驗電壓繼續上升至100 kV時，C13介損和電容量均不再隨電壓變化而變化，說明故障元件已被完全擊穿導通。初步預測介損異常增長是因為故障元件未完全擊穿導通，電阻增大所致。C13第二次試驗時，電容量和介損變化不大，進一步證明故障元件已完全擊穿導通，而C2無任何故障。

1.3 CVT解體分析

通過現場解體CVT分析，發現下節瓷套的電容共有154個元件，其中C13有130個元件，C2有24個元件（見圖1）。在正常情況下，單個元件的電容量約為2.35 μF，由此可以計算未損壞的元件數量為:

被擊穿的元件為:

130-124.4=5.6（個），即5～6個元件被擊穿。

解體后檢查CVT電容元件，對每個電容元件施加2 kV直流電壓，檢查其充放電情況是否正常，結果發現A相下節C13被擊穿6個元件與計算值相符，而C2正常。由于相互串聯的電容數量減少，必然導致電容量增大，這與電容量的測量結果是一致的。擊穿的電容單元見圖2。

圖2 電容元件擊穿單元Fig.2 The breakdown unit of capacitive element

由圖2可看出，電容器元件擊穿程度十分嚴重，擊穿部位靠近元件的中部。通過分析可得出結論：由于電容器在制造過程中抽真空的時間不夠長或真空度沒有達到要求，局部存在氣泡所致[14-16]，即使在系統正常運行電壓下，電容器也容易發生局部放電，使電容元件被擊穿，導致C13介損增長異常[17]。

2 結論

由以上試驗和解體分析可知，對CVT的預試不僅要測量電容量及介損，而且要與往年的試驗數據進行對比分析和處理，才能有效發現電容元件內部的一些安全隱患及故障。對電容量或介損的增長要引起高度的重視，出現增長過快的應跟蹤試驗或縮短試驗周期，對增長異常的應退出運行，并進一步試驗找出其原因。CVT所有元件中最容易出現故障的部件是電容單元，在電容單元故障緩慢發展過程中，通過試驗分析并及時發現，采取有效措施，避免CVT惡性事故的發生，對保證CVT的安全、準確十分重要。在往后的試驗中，需加強CVT的電氣預試技術監督工作，并嚴格按照規程規定周期進行預試，避免超周期現象。

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