兩起220kV電容式電壓互感器二次電壓降低故障分析

麥榮煥 鄧小強

【摘 要】電容式電壓互感器（CVT）是電力系統重要的輸變電設備，它在電網中將一次電壓信息傳遞給測量、保護和控制裝置[1]。本文針對兩起220kV電容式電壓互感器（CVT）二次電壓降低情況，通過試驗分析，發現故障是由CVT電磁單元的環氧絕緣板劣化所致，最后提出該批次CVT的運維策略。

【關鍵詞】電容式電壓互感器 二次電壓 絕緣板

電容式電壓互感器（CVT）是電力系統重要的輸變電設備，它在電網中將一次電壓信息傳遞給測量、保護和控制裝置[1]。由于其制造工藝簡單，運行可靠性高，因此在我國電力系統得到廣泛應用。但由于廠家工藝、產品本身問題等原因，CVT發生故障的個案也不少。本文就我局的兩起220kV CVT二次電壓降低故障進行了分析，找到故障原因，最后提出該批次CVT的運維策略。

1故障現象

我局某500kV變電站一期220kV線路間隔的CVT為加拿大傳奇公司生產的TEM型，1987年投產。2014年6月2日，一線路C相CVT 二次電壓偏低（C相36V，正常相為57.7V），當日停電更換C相CVT。2014年7月25日，另一線路A相CVT出現同一現象故障，當日停電將三相CVT更換。

翻查該2臺CVT的預試記錄、紅外檢測以及運行巡視記錄，均沒有異常，屬于突發性缺陷。

2故障分析

CVT二次電壓異常常見的原因有電容分壓器損壞、中間變壓器損壞、補償電抗器損壞等[2]。為查找該2臺CVT的故障原因并提出對策，將以上兩相CVT和另一正常相CVT進行診斷性試驗。三只CVT的絕緣電阻、直流電阻、電容值、介損值、變比等常規試驗項目數據均在正常范圍內。在常規試驗無法查找缺陷原因的情況下，利用串聯諧振耐壓裝置對3只CVT進行升壓試驗，模擬試品在運行中的情況。C相CVT（下節）在電壓54kV（0.85倍運行電壓，下節Un=110/ =63.5 kV）時出現電壓不穩，二次電壓在35-40V之間波動，并聽到電磁單元油箱內部有異常響聲。A相CVT在電壓63.5 kV（1.0倍運行電壓，下節Un=110/ =63.5 kV）時出現電壓不穩，二次電壓在46-50V之間波動，并聽到電磁單元油箱內部有“當當”的異常響聲。以上兩相故障CVT在電壓升至運行電壓附近時，出現二次輸出電壓不穩定，與運行中異常情況吻合。正常相CVT升至63.5kV無異常，后升壓至1.1倍運行電壓也無異常。

根據耐壓試驗可以判定A、C相CVT內部存在缺陷。為了確定缺陷是在電容分壓器還是在電磁單元，對A相CVT進行解體檢測。把電容分壓器和電磁單元分離，測試電容分壓器，絕緣電阻、電容量、介損值均正常，電容分壓器合格。打開電磁單元油箱，便發現電磁單元的內部地刀（運行中打開）靜觸頭座有碳跡，與接地端螺桿之間的絕緣板有明顯的放電通道痕跡（圖1 ）。檢查C相CVT，絕緣板有同樣的碳跡及放電通道痕跡，而正常相CVT則無此現象。初步判斷故障是由于連接于環氧絕緣板的內部地刀靜觸頭座對接地刀端子放電所致。

圖1 A相CVT電磁單元絕緣板

脫開中間變壓器高壓端子與絕緣板的連接，單獨測量中間變壓器，各項數據表明中間變壓器無異常。為確認絕緣板的缺陷，對以上三相CVT取油箱油樣進行油中溶解氣體色譜分析（見表一），并對絕緣板進行耐壓試驗。

表1 油箱油樣試驗數據（單位μL/L）

設備 氫氣（H2） 甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 乙烯（C2H4） 乙炔（C2H2） 總烴（∑CxHy） 一氧化碳（CO） 二氧化碳（CO2）

A相CVT 7907 515.23 288.59 1541.2 1389.66 3734.68 467 122887

C相CVT 11533 778.34 535.7 2320.45 2388.11 6022.6 1217 56867

正常相CVT 203 22.21 11.15 17.56 42.19 93.11 102 13304

色譜分析數據顯示，A、C相CVT油中總烴、氫氣、乙炔都遠遠超過注意值（分別為100μL/L、150μL/L、2μL/L）。根據《DL/T722-2000變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》三比值法的編碼規則，算出編碼組合均為112，表示有電弧放電，主要是指油隙閃絡，引起對箱殼放電，符合圖1所示的缺陷情況。A、C相CVT的二氧化碳含量遠遠超過材料正常老化產生的二氧化碳量。根據《導則》要求，計算CO2/CO比值，遠遠大于7，表示固體絕緣劣化。從圖1可以看出，放電通道正是建立在地刀靜觸頭和接地點的絕緣板上。

正常相CVT的氣體含量以及CO2/CO比值也超過注意值，說明該CVT絕緣板的絕緣性能也處于劣化過程中。

從CVT的電容分壓比計算可知，在額定電壓下中間變壓器一次側的電壓（即加在內部地刀靜觸頭與接地端螺桿之間的電壓）約8kV，參照這一電壓，對3個試品的絕緣板進行絕緣檢測和耐壓試驗，以確認絕緣板的絕緣狀況。A、C相CVT絕緣板絕緣電阻不合格：1000V，絕緣電阻0.45MΩ；2500V，絕緣電阻表輸出電壓在900-1000V之間波動，無法得到穩定讀數。在刀閘靜觸頭進行加壓，試驗變壓器在1kV左右保護動作，說明絕緣板絕緣已經被破壞。正常相CVT絕緣板2500V下絕緣電阻3.7MΩ，耐壓試驗8kV無異常，升高電壓至9kV聞到焦味，油中冒煙和出現氣泡，可見正常相CVT其絕緣板的絕緣裕度已不足。

由圖2的CVT內部結構圖可知，運行中中間變壓器一次側的電壓約為8kV，此時內部地刀靜觸頭與接地端螺桿之間也約有8kV的電壓。承受電壓的絕緣板由于運行日久，絕緣降低，在電壓作用下，形成放電通道，使扼流線圈和中間變壓器一次側線圈并聯，從而使得加在中間變壓器一次側的電壓降低，導致CVT二次輸出電壓變小。

圖2 CVT內部結構圖

3 結語

CVT油箱內電磁單元的環氧板劣化，在運行電壓下內部地刀靜觸頭與接地端螺桿形成放電通道，使扼流線圈和中間變壓器一次側線圈并聯，從而使得加在中間變壓器一次側的電壓降低，導致CVT二次輸出電壓變小。該變電站一期220kV線路間隔的CVT自1987年投運至今已28年，隨著運行時間長，中間變壓器油箱內的環氧板絕緣性能逐步下降。由于預防性試驗的試驗電壓較低，因此無法檢測出該缺陷。油箱內油量少無法取油樣進行跟蹤分析，而此類固體絕緣的放電發展較快，紅外檢測也較難發現，因而常規的預防性試驗和運行巡視均不能發現缺陷，也不具備現場檢修條件。因此建議應盡快更換該批次CVT。在更換前，應至少儲備1組新CVT作為備品以備隨時更換。

參考文獻：

[1] 陳志勇.110～220kV電容式電壓互感器運行故障及缺陷分析[J].電氣應用，2009，28（17）.

[2] 喬立鳳，高敬更，溫定筠 等.電容式電壓互感器二次電壓異常分析處理[J].電子測量技術，2013，36（2）.

作者簡介：麥榮煥（1981—），男，廣東鶴山人，工程師，研究方向：高壓電氣試驗。