電容式電壓互感器故障初期診斷分析與研究

摘 要：電容式電壓互感器（簡稱CVT）內部輕微故障缺陷，主要通過停電高壓試驗發現，而高壓試驗受試驗周期的限制。同時，CVT內部輕微故障時，其表象往往比較隱秘，常規巡視維護、紅外線成像等措施故障診斷準確性低，不能滿足高壓設備狀況的動態跟蹤要求。文章總結500kv東莞變電站四次成功及時發現運行中500kv電容式電壓互感器內部輕微故障的經驗，提出運行中電容式電壓互感器故障診斷方法，該方法實際應用可操作性強、效果良好。

關鍵詞：CVT；電壓互感器；電容式電壓互感器；故障診斷；電壓偏差

引言

目前電容式電壓互感器監測手段主要四種，高壓試驗是發現設備缺陷的最重要手段，但高壓試驗受設備試驗周期的限制；紅外成像能夠有效監測和診斷設備較嚴重的異常，但對于CVT故障初期正確診斷率不高；CVT二次電壓監測是發現其內部初期故障的有效手段，但目前由于缺乏數據測量規范和評價標準；外觀檢查只適合發現外觀方面的明顯缺陷。

2012年500kv東莞站發現四起CVT高壓電容C1部分被擊穿事件，本文通過總結這四起故障成功排除經驗，提出一套簡單、可操作性強的CVT故障初期診斷方法，并建議將該方法納入相關規范和評價標準。

1 工作原理及主要結構

圖1 電氣原理圖 圖2 主要結構圖

互感器是由電容分壓器分壓，中壓變壓器將中間的電壓變為二次電壓，補償電抗器電抗與互感器漏抗之和與等值容抗XL=ZC=1÷[？棕（C1+C2）][4]串聯諧振以消除容抗壓降隨二次負荷變化引起的電壓變化，可使電壓穩定。其電氣原理圖見圖1所示，C1、C2分別為電容分壓器的高低壓電容；T為中間變壓器；L為補償電抗器；P為L的保護間隙；a～n，da～dn為中間變壓器二次端子；Zn為阻尼器；虛框范圍為CVT電磁單元。其主要結構圖如圖2所示，500kv CVT的電容分壓器，由上、中、下三節電容器單元串聯組成，上節單元為電容C11，中節單元為電容C12，下節載波電容單元內部包括C13和C2。每節電容單元內部由140個小電容串聯而成。C11=C12=140個電容單元串聯，C13=118個電容單元串聯，C2=22個電容單元串聯。

2 電壓互感器電壓異常情況

500kv東莞站采用廠家為：桂林電力電容器總廠，型號為：TYD-500/√3 -0.005H的電壓互感器。500kv采用是3/2結線方式，兩段母線并列運行，如圖3。測量二次電壓時發現二次電壓異常情況見表1，相同時刻后臺監控一次電壓見表3。根據圖3和表1、表2數據分析有：1、由于各條線路和兩段母線是并列運行，因此各線路電壓應基本相同；2、#4主變A相（58.2）、東惠甲線A（58.1）、B（58.3）相、500kv 2M（61.1）與其它電壓數據（60.2至60.7）偏差約4%，而且相間電壓同樣存在偏差并大大超過電壓互感器銘牌規定的0.5%誤差[1][3]；3、初步判斷上述四組電壓互感器存在問題。下文以排查500kv 2M母線 CVT故障為例進行分析。

3 電壓異常原因分析

3.1 分壓電容部分擊穿，電容式電壓互感器采用電容分壓原理設計，施加在各節電容上的一次電壓與自身的電容量成反比關系，則若高壓電容C1部分擊穿，C1總電容會增加，輸出電壓會升高；若中壓電容C2部分擊穿，C2總電容增加。輸出電壓會降低。

3.2 電壓互感器二次回路接線端子松動，產生過渡電阻，導至負載端電壓異常。

3.3 中間變壓器繞組匝間短路導致變比k發生變化，一般電壓變化較大，電壓變化、保護起動、溫度異常等故障現象比較明顯。

4 故障排查情況

4.1 歷史電壓數據分析

由圖4 500kv母線電壓歷史數據可知道，在6月29日兩段母線一次電壓差（？駐U=U2-U1）由原來的1.5kv突變到3.05kv，到7月2日？駐U突變到4.56kv。初步認為2M高壓電容C1于29日部分擊穿，7月2日再度惡化，之后一直穩定這個值。查看相關規定，目前還沒有一次電壓允許誤差范圍的規范要求。

4.2 紅外線成像分析

圖4 500kV母線電壓歷史數

圖5 CVT熱成像圖

圖6 二次電壓回路圖

使用FLIR公司生產的P20紅外線測溫儀對500kv母線CVT進行測溫對比，從圖5分析兩母線CVT紅外熱像圖無異常熱點，溫差也正常。其中CVT相同部位最大溫差為0.1K，1M CVT上中下三節電容最大溫差為0.3K，2M CVT相上中下三節電容最大溫差為0.4K，均未超出電力設備紅外診斷應用規范要求[2]，未能發現CVT故障缺陷。

4.3 二次回路故障排除

為排查是否電壓互感器二次回路故障導致母線CVT電壓異常，我們進行了CVT二次繞組帶二次負載運行及徹底隔離二次負載兩種情況對比試驗。CVT二次電壓回路圖見圖6。試驗條件：（1）采用同一高精度儀表；（2）在同一系統電壓情況下；（3）在CVT端子箱進行測量，選擇測量a1對n1（即1P34對1P40），a2對n2（即1P36對1P41）端電壓，減少回路電阻R1、R2及接地電阻引起的誤差。

從表3數據分析有以下結論：（1）CVT二次繞組輸出的繞組端電壓（a1-n1）不受二次負載影響；（2）一次電壓相對誤差0.91%，二次電壓相對誤差0.96%，不符合CVT二次繞組準確級0.2級（兩相CVT最大誤差小于2×0.2%=0.4%）；（3）500kv II母線CVT二次兩個繞組的偏差一致，屬于共模誤差，較大可能是CVT一次部分元件參數偏離引起。

表3 CVT帶負載運行及徹底隔離二次負載實測電壓數據

4.4 停電高壓試驗

停電進行高壓試驗情況見表4，發現CVT上節電容C11電容值與銘牌值相差1.3%，中節C12與銘牌值相差0.989%，以上數據未超出規程值[3]。由于擊穿一只電容偏差 ，所以判斷高壓電容C1可能擊穿二只電容。為此增加比差和角差試驗，結果發現角差符合規程[3]，比差為0.6%，超過電壓互感器準確級0.2級要求，確定其存在缺陷。

表4 CVT介質損耗

4.5 CVT解體分析

對500kv 2M CVT上節及中節進行取油樣化驗，結果表明：1、上節乙炔：461.55uL/L，中節乙炔：2632.39uL/L，大大超過乙炔注意值：2 uL/L；2、上節和中節的乙炔含量表明曾發生過嚴重的放電。解剖本體后發現C11電容內兩個元件擊穿，C12電容內一個元件擊穿，與表5中電容值數據基本吻合。

5 結束語

通過正確測量和系統分析電容式電壓互感器二次電壓，能夠在不停電情況下監測到CVT初期故障且診斷率較高，但目前尚沒有電壓允許誤差方面的規范要求，也缺乏這方面的實際經驗總結，本文通過總結這四起故障成功排除經驗，結合測量儀器精度、測量方法誤差、系統各節點分布、CVT精確度誤差等因素提出一套簡單、可操作性強的CVT故障初期診斷方法，并建議將該方法納入相關規范和評價標準，具體如下：（1）測量CVT二次電壓應選擇最靠近二次繞組地方，采取a1對n1、a2對n2測量方法，才能較真實直接反映繞組端電壓。（2）二次電壓相差1%設備，列入為重點關注設備，因縮短監測周期。（3）二次電壓相差2%設備，列入為一般缺陷設備，做好跟蹤，防止進一步惡化。（4）二次電壓相差5%設備，列入為重大缺陷設備，盡快申請停電試驗。（5）二次電壓相差8%設備，列入為重大缺陷設備，條件容許因立即申請停電檢。

參考文獻

[1]DL/T596-2005.電力設備預防性試驗規程[S].中華人民共和國電力工業部，1996.

[2]DL/T 664-199.帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].北京：中國電力出版社，1999.

[3]Q/CSG114002-2011.電力設備預防性試驗規程[S].廣州：中國南方電網公司，2011.

[4]何子東，付煒平，霍春燕.紅外監測診斷電容式電壓互感器故障分析[J].高電壓技術，2008，34（6）：1310～1312.

[5]李長益，舜臺500kv電容式電壓互惠囂故障分析[J].江蘇電機工程，2003，22（4）：21～22.

作者簡介：黃志軒（1979-），男，本科，電氣工程師、技師，研究方向為電力系統穩定與控制。