500kV電容式電壓互感器電壓異常原因分析

周志強，范乃心，王 勇

(國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

電容式電壓互感器 (CVT)是由電容分壓器和電磁單元組成具有獨特結構的電氣設備，其電磁單元的二次電壓實質上與施加到電容分壓器上的一次電壓成正比，且其相位差接近于0。在220kV及以上電壓等級變電站中，由于電磁式電壓互感器的制造難度不斷增大，電容式電壓互感器以結構簡單、造價不高等優勢更顯突出。目前，500 kV及以上電壓等級電壓互感器絕大部分采用電容式電壓互感器。電容式電壓互感器原理如圖1所示。

電容式電壓互感常見的異常現象主要有二次電壓波動、二次電壓低、二次電壓高、電磁單元油溫過高、運行時有異音等。因此結合運行實際，對變電站中CVT監測母線電壓偏高現象進行分析。

1 CVT二次電壓異常檢查

某500 kV變電站2號主變一次電壓互感器采用電容式電壓互感器，型號為生產日期為2006年8月，共3臺，2007年6月投入運行。2008年8月進行新設備投運后首次試驗，試驗數據與出廠試驗數據無明顯變化。2012年9月，發現2號主變一次電壓偏高于系統母線電壓，對2號主變一次電壓進行數據對比，并對電壓互感器二次電壓進行電壓實測，實測值折算后與監控系統顯示電壓基本一致，三相對比，C相電壓相對偏低。調用2011年2月23日至2012年9月9日監控系統數據，顯示2號主變一次電壓偏高。檢查2號主變一次電壓互感器二次接線箱、端子箱、測控屏、保護屏接線良好，CVT外觀檢查無異常。根據檢查及實測情況分析，認為CVT設備內部可能損壞，初步分析認為是電容單元電容元件存在局部擊穿。因此，對主變一次CVT進行更換后，現場對電容單元進行了介質損耗及電容量試驗，試驗數據與2008年預試結果進行對比分析，發現A、B、C三相介質損耗和電容量均有一定程度的增加，根據電容量增加數值，可以粗略計算出電容元件擊穿的數量，結果如下:

A相:電容量增加1 300 pF，估算擊穿12個元件，上節與上次試驗數據比較電容量增加650 pF，第二節與上次數據比較電容量增加650 pF;

B相:上節與上次試驗數據比較電容量增加1 450 pF，估算擊穿14個元件;

C相:上節與上次試驗數據比較電容量增加570 pF，估算擊穿5個元件。

2 解體前試驗

3臺CVT設備返廠后，廠家重新對電容單元進行了介質損失角和電容量試驗，試驗結果如表1～表3所示。

表2 原B相CVT試驗數據

表3 原C相CVT試驗數據

由表1～表3可以看出三相CVT介質損失角增加最大的均為上節C11，其次為中間節C12，而第三節C1、C2變化最小。

3 解體檢查

對試驗后的3臺CVT共9個電容單元全部進行解體，對電容分壓器中的芯子進行逐個檢查。對分壓器每個元件進行2.15 kV的直流耐壓試驗，找出擊穿元件的數量和分布情況，把擊穿短路元件進行解體，找出擊穿點位置，并查看擊穿點損壞情況和元件制造質量，解體檢查情況如下。

a.A相分壓器 C11從上往下數第 11、16、30、31、52、66個元件擊穿，與解體前測試結果吻合，第11個元件擊穿情況如圖2所示。

圖2 C11第11電容元件擊穿

b.A相分壓器 C12從上往下數第6、9、18、19、27、56、63個元件擊穿，與解體前測試結果基本吻合，第27個元件擊穿情況如圖3所示。

圖3 C12第27電容元件擊穿

c.B相分壓器C11從上往下數第3、12、13、20、21、22、26、27、34、49、52、55 個元件擊穿，與解體前測試結果基本吻合，第3個元件擊穿情況如圖4所示。

4 原因分析

CVT二次電壓偏高的主要原因為電容單元故障，故障的主要形式為電容分壓器中電容元件擊穿，通過調查了解，造成電容元件擊穿的主要原因如下。

a.鋁箔分切端面毛刺較大。部分廠家早期沒有專用的鋁箔分切設備，主要依靠外協。在生產計劃需求量較大時，有些廠家使用絕緣紙或薄膜分切機切割鋁箔。由于鋁箔切割邊緣毛刺要求遠高于絕緣子和薄膜，如果操作者換刀不及時，將造成鋁箔邊緣毛刺超標。

圖4 C11第3電容元件擊穿

b.分切設備潔凈度不夠。電容器鋁箔切割設備要求在密閉程度較高的環境下工作，室內粉塵顆粒多點在線監測。由于切割設備潔凈度不夠，造成鋁箔切割后在邊緣端面吸附少量粉塵。

由于毛刺和粉塵在運行中將導致電容元件極間場強高度集中，甚至產生低能的局部放電，在電場和熱場的長期作用下導致部分元件擊穿。由試驗和解體檢查可見，元件擊穿主要集中發生在CVT的上節。由于電容分壓器由3節疊裝組成，電容分壓器對地有雜散電容作用，上、下節電容分壓器的電壓分布是不均勻的。離地越遠，雜散電容越小，阻抗越大，所分的電壓就較高，由于有對地雜散電容的影響，在電壓的作用下，上節電容分壓器的電壓較高，特別是在雷電過電壓或操作過電壓的作用下，上節電容分壓器更容易產生損傷或損壞。

5 結論

a.用戶在采購CVT設備前應對生產企業進行了解，選擇切割設備齊全、車間有完備的粉塵監測措施的企業。在簽訂合同前，應對制造廠鋁箔分切或外協做明確要求，不得采用其他切割設備進行鋁箔的分切，以保證鋁箔的切割質量，避免毛刺或粉塵對電容元件電場分布產生影響。

b.電容式電壓互感器在電力系統中應用十分廣泛，通過對電容式電壓互感器二次電壓異常原因分析，可判斷分壓電容是否存在潛在缺陷，并通過試驗數據加以驗證，因此，要求試驗人員要認真做好例行試驗，定期將歷次試驗數據或與同類型設備試驗數據進行比較和分析。

c.運維人員要注意電容式電壓互感器二次電壓的變化情況，經常與變電站內其他電壓監測設備進行對比，發現電壓異常時，認真檢查一、二次設備，查明異常原因。利用紅外熱成像測溫手段，及早發現設備異常，及時消除設備隱患，以保證設備安全穩定運行。

［1］DL/T474.1～DL/474.5—2006.現場絕緣試驗實施導則［S］.

［2］李建明，朱 康.高壓電氣設備試驗方法［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［3］周 波.500 kV電容式電壓互感器現場試驗的有關問題［J］.東北電力技術，1997，18(7):64－65.

［4］張曉娜，王 鋼，李越鵬.應用自激法查找電容式電壓互感器內部缺陷 ［J］.東北電力技術，2011，32(5):30－32.

［5］李書碩，馬成久.6 kV系統電磁式電壓互感器引起的諧振過電壓及其防范措施［J］.東北電力技術，2011，32(4):39－43.