兩例500 kV CVT異常分析及日常運行監視探討

(國網四川省電力公司檢修公司自貢運維分部，四川 自貢 643010)

0 引 言

相比傳統電磁式電壓互感器(TV)，電容式電壓互感器(CVT)由于結構簡單，造價低等特點廣泛運用于110kV及以上電網系統。但是CVT的設計受制造水平、工藝水平、原材料以及運行條件等多種因素的限制，使其在運行過程中易發生電容元件擊穿等故障。CVT故障的發生不僅會影響測量計量準確度，嚴重時甚至可能導致貫穿性擊穿造成爆炸、起火等惡性事故[1-3]。為防止上述事故的發生，在深入分析兩例500 kV CVT異常的基礎上，對500 kV CVT日常運行維護進行探討。

1 CVT工作原理

電容式電壓互感器(CVT)由電容分壓器和電磁單元兩部分組成，其設計和相互連接使電磁單元的二次電壓實質上正比與一次電壓，且相位差在連接方向正確時接近于零[4]。其電氣原理圖如圖1所示。

圖1 500 kV CVT電氣原理圖

圖中，C1由C11、C12、C13組成電容分壓器的高壓電容器，C2為電容分壓器的中壓電容器； 500 kV CVT共有3節瓷套，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；T為中間變壓器，P為保護裝置，L為補償電抗器；Z為阻尼裝置。1a-1n，2a-2n，3a-3n為二次繞組作為保護、計量以及測量用，da-dn為剩余繞組。

由電容器分壓原理可知

(1)

式中，U2為電容分壓器的中壓電容器的電壓；UP為

表1 500 kV甲線CVT A相現場試驗數據及出廠試驗數據

注：⊿C為電容量初值變化

表2 500 kV乙線CVT C相現場試驗數據及出廠試驗數據

系統一次相電壓。

2 現場試驗

2014年2月，對500 kV敘府變電站500 kV甲、乙線線路CVT進行例行試驗。試驗發現500 kV甲線線路CVT A相上節、500 kV乙線線路CVT C相介損值及電容量與出廠試驗數據相比均有增長異常情況，試驗數據見表1及表2所示，均超過CVT狀態檢修規程的注意值(介損tanδ%≤0.25，電容量初值變化不超過±2%)[5]。

3 故障分析

現場試驗時由于C13與C2在下節瓷套中并由法蘭和電磁部分連接在一起，因此測量的是C13與C2串聯總電容量。

根據電容串聯可知CVT總電容量C為

(2)

(3)

(4)

利用出廠值與現場試驗值計算500 kV甲、乙線CVT總電容量見表3。

由CVT工作原理可知，當CVT內部擊穿電容量變化會引起一次或二次電壓的變化，因此500 kV甲線CVT A相電壓變化為

(5 083.82-4 952.67)/4 952.67=2.64%

500 kV乙線CVT C相電壓變化為

(5 053.25-4 954.84)/4 954.84=2.59%。

表3 500 kV甲、乙線CVT電容量試驗數據

為了判斷CVT內部電容元件是否存在擊穿現象，查閱500 kV甲、乙線線路歷史電壓數據如下(見表4、表5)。

表4 500 kV甲線每月1日0點電壓

注：⊿U為相間電壓最大不平衡率。

表5 500 kV乙線每月1日0點電壓

注：2013年4月1日500 kV乙線停電，故無電壓數據。

相間電壓最大不平衡率為

(5)

截至2014年2月：500 kV甲線A相電壓最大不平衡率為2.60%，與計算的電壓變化2.64%基本一致；500 kV乙線C相電壓最大不平衡率為2.57%，與計算的電壓變化2.59%基本一致。初步判斷為CVT內部C1電容單元擊穿導致一次電壓升高。

通過表4及表5分析發現500 kV甲線A相電壓、500 kV乙線C相電壓比其他兩相電壓偏高且電壓逐漸增高，同時相間電壓最大不平衡率呈現逐漸增大趨勢，與現場試驗500 kV甲線線路CVT A相上節、500 kV乙線線路CVT C相介損及電容量與出廠試驗數據相比均有異常增長情況一致；從而排除了試驗干擾導致試驗數據錯誤的可能，間接證明了CVT內部電容元件擊穿的判斷是正確的。于是申請對故障CVT進行更換，避免了因CVT內部故障而可能引起事故的擴大。

4 解體檢查

為了查明故障原因，返廠對故障CVT進行解體檢查，解體前試驗數據如下(見表6、表7)。

將CVT分壓器解體，把芯子從套管中取出。對分壓器的元件逐一進行2.15 kV 的直流耐壓檢查，檢測出甲線CVT A相(解體檢查)發現從上往下數第55、71、74、75、77、80、82 號元件擊穿，共7 只元件擊穿；乙線C相互感器上節分壓器從上往下數第36、48、50 只元件擊穿，共3 只元件擊穿。

根據現場解剖的情況可以判斷此次互感器故障的原因是：元件極板銅引出片邊緣毛刺清理不干凈，局部場強集中導致元件擊穿。由于元件極板銅引出片的制造采用沖壓的方式，銅引出片邊緣容易產生毛刺，銅引出片沖壓后必須對邊緣進行清理，清理時若不注意，可能會使銅引出片的邊緣有極少的毛刺產生，局部場強集中，毛刺有可能會產生低能局部放電，在電場的長期作用下導致部分元件擊穿。由于是C1元件擊穿，C1電容量變大，C1阻抗變小，導致二次輸出電壓偏高。

表6 500 kV甲線CVT A相返廠數據及出廠試驗數據

表7 500 kV乙線CVT C相返廠數據及出廠試驗數據

5 防范措施

500 kV CVT內部故障以電容元件擊穿為主，由于內部元件擊穿是一個逐步緩慢發展的過程，若早期出現的內部元件擊穿故障未及時處理，將有可能導致CVT內部元件逐漸擊穿導致繼電保護誤動作、設備爆炸等事故。因此，為了及早發現CVT內部缺陷，提出以下幾點建議。

1)110 kV(66 kV)～500 kV 互感器在出廠試驗時，局部放電試驗的測量時間延長到5 min[7]。

2)CVT例行試驗時，不僅要關注CVT介損值，更要關注電容量的變化并結合歷次試驗數據縱向、橫向比較綜合分析，即使電容量變化未超出規程規定值，但其變化已明顯大于其余幾節時，應引起足夠注意[8]；對于電容量變化量接近或達到2%的CVT應查閱其歷史電壓數據，以每月1日0點或15日0點相間電壓最大不平衡率進行對比分析(參見表3與表4)。

3)應及時處理或更換已確認存在嚴重缺陷的電壓互感器；對介質損耗因數上升或懷疑存在缺陷的電壓互感器，應縮短試驗周期，進行跟蹤檢查和分析，以查明原因[9]。

4)隨著500 kV變電站無人值守的穩步推進對設備運行監視提出了更高的要求。由于CVT是全密封設備，除發生滲漏油、異常聲響等較易發現的故障外，內部故障一般不易發現，由CVT工作原理可知其內部故障可導致運行中的CVT一次或二次電壓異常，實際運行中可監視CVT一次與二次電壓，可以較早的發現CVT的異常情況。

5)定期抄錄一次、二次電壓以及開口電壓3U0，以每月1日0點或15日0點為宜，計算其最大相間電壓不平衡率以便跟蹤分析。國家電網公司《110(66) kV～500 kV互感器運行規范》中第二十一條明確了電容式電壓互感器二次電壓異?，F象及引起的主要原因[10]。若監測到三相相間電壓最大不平衡率超過2%，為排除CVT二次回路壓降或者故障導致二次電壓異常，應立即通知二次繼電保護人員從CVT 端子箱直接測量二次電壓以便準確測試CVT二次電壓值；若判斷確為CVT內部元件擊穿，應盡快申請停電對CVT進行診斷性試驗。

6 結 語

簡述了500 kV敘府變電站兩只CVT同時出現電容量及介損異常增加的現象，結合返廠試驗及解體檢查情況分析得出：由于原材料或制造工藝致使CVT內部電容元件在持續電壓作用下局部場強集中，最終導致電容元件擊穿；電容元件擊穿不僅導致電容量增加，同時也會引起介損異常變化。最后對CVT出廠試驗、例行試驗以及日常CVT日常運維監視進行了探討。

[1] 印華，王勇，宋偉，等.電容式電壓互感器常見故障及原因分析[J].電工技術，2007(10)：70-71.

[2] 張霽. 電容式電壓互感器的特點及存在的問題[J].江蘇機電工程，2000，19(1)：35-36.

[3] 孫鵬舉.500 kV變電站電容式電壓互感器故障原因分析及經驗教訓[J].電力設備，2008，9(10)：65-67.

[4] GB 4703—2007，電容式電壓互感器[S].

[5] 偉國家電網公司.輸變電設備狀態檢修試驗規程[S].

[6] 唐鐵英，徐建文.電容式電壓互感器潛伏性故障發現及原因分析[J].中國電力教育，2011(18)：130-131.

[7] 國家電網公司.十八項電網重大反事故措施(修訂版)[S].

[8] 郭麗娟，徐宇軍.500 kV電容式電壓互感器介損超標原因分析及處理[J].廣西電力，2009(10)：27-28.

[9] 國家電網公司.預防110(66)kV～500 kV互感器事故措施[S].

[10] 國家電網公司.110(66)～500 kV互感器運行規范[S].