220kV電容式電壓互感器二次電壓單相異常試驗分析

鐘世青

摘要：電力行業的快速發展帶動我國其它行業發展迅速。電容式電壓互感器（CapacitorVoltageTrans-former，以下簡稱CVT）因為體積小、價格低、沖擊絕緣強度高、不易產生系統諧振等優點被廣泛應用于110kV及以上電力系統中。

關鍵詞：220kV電容式電壓互感器;二次電壓單相異常試驗

引言

我國電力行業自改革開放發展至今已經取得了非常不錯的成就。電容式電壓互感器（CVT）的工作原理是由串聯電容器先分壓，再經過電磁式電壓互感器降壓和隔離。與傳統電磁式電壓互感器相比，CVT具有沖擊絕緣強度高、制造工藝簡單、重量輕、體積小、成本低、運行可靠，維護方便并可兼做高頻載波通信的耦合電容等優點，但是由于CVT內部即有電容分壓單元又有電磁單元，其結構復雜，每當CVT發生缺陷時，要求現場技術人員對設備結構以及特性了如指掌才能分析出故障原因及所在。

1工作原理

電容式電壓互感器主要有兩部分組成：電容單元及電磁單元，如圖1所示。C1、C2組成電容單元，C1為高壓電容，C2為分壓電容。電容單元將母線電壓變換成10～20kV的中間電壓。中間變壓器及補嘗電抗器組成電磁單元，中間變壓器將中間電壓變換成所需要的二次電壓，補償電抗器補償電容單元的等效阻抗形成諧振回路，降低電容單元等效電容對回路壓降的影響及二次回路負荷變化對二次電壓的影響，確保二次電壓與一次電壓獲得正確的相位及幅值關系。由此可見，電容單元的電容變化及電磁單元的變化都會對二次電壓測量帶來一定的影響。

2故障情況

某現場在進行例行檢查時發現220kV正母Ⅱ段A相CVT二次電壓與以往測量值比起來偏高，而且該組壓變3UO為其他組3倍以上。該段每季度測量檢測一次，查閱該段CVT前幾次電壓歷史記錄，A相電壓增幅為2.24%，該組壓變增大3.17倍。發現如下問題：（1）A相CVT瓷瓶表面出現嚴重臟污;（2）A相CVT電磁單元儲油柜油位偏高;（3）三相CVT表面均無滲漏油現象。

3故障分析

（1）二次線圈直流電阻試驗，工作人員首先對該故障設備3個二次線圈進行了直流電阻試驗并將試驗結果轉換到20℃與出廠銘牌值對比。3個二次線圈直阻值較出廠銘牌值無明顯差異，因此可以判斷此CVT二次電壓異常并不是由于電磁單元中間變壓器二次線圈部分匝間短路引起的。（2）絕緣電阻試驗，停電后，對設備各部分進行了絕緣電阻測試。依據國家電網公司Q/GDW1168-2013《輸變電設備狀態檢修試驗規程》對絕緣電阻測試數據進行分析，發現分壓電容C2絕緣電阻明顯低于規程注意值，其他部位絕緣未見異常。（3）介質損耗及電容量試驗，對該故障CVT各分壓電容進行介質損耗及電容量的測試，C12和C2連接處有中間試驗抽頭，對C11、C12、C2這3部分電容均可用正接線方法進行測試，。從數據不難判斷出C2介損及電容量較試驗數據分別有明顯增長，其中介損值較試驗數據增長164.52%，增量為0.153%，并且介損絕對值0.246%已逼近規程中規定的0.25%的注意值;其電容量增量為9.8%，也已超出±2%的警示值。C11與C12的介損及電容量測試值均正常。C2電容量明顯增長也驗證了電壓互感器二次回路電壓帶電測試中二次電壓低于正常值的現象。由此推斷，由于C2電容量增大，引起電容分壓比的改變而導致CVT二次輸出電壓下降的現象。排除設備及試驗環境因素的影響，懷疑C2電容量增大可能是因為電容屏擊穿或者嚴重受潮。（4）局部放電試驗，工作人員將故障設備運回高壓試驗大廳后，對其進行了局部放電測試，測試發現明顯局部放電圖譜，局部放電起始電壓為71kV，熄滅電壓為64kV，在1.2Um/3電壓下局部放電量達到162pC，遠遠超出規程中在1.2Um/3下保持1min局部放電量不大于10pC的注意值，因此判斷設備內部存在局放缺陷。（5）設備解體情況，為了進一步確定缺陷原因，將設備進行了解體。拆解后未發現電容層間有放電或擊穿痕跡，但在檢查第2節瓷套C12和C2的中間抽頭時發現抽頭螺絲有明顯且較嚴重的銹蝕痕跡。因此C2電容量增長的原因排除了電容屏的擊穿，是內部受潮引起的。

4故障原因初析

系統B、C兩相運轉正常，紅外熱像檢測顯示A相比B、C相溫度高5℃，可以初步判斷是A相CVT故障。檢查發現二次回路各端子連接情況均完好，各電容分壓器低壓端N點接地皆可靠，各避雷器低壓端子接地皆可靠，各補償電抗器低壓端子接地皆可靠。假設此時高壓電容C1完好，構成中壓電容C2的內部部分電容發生了擊穿短路，則C2電容量增大，則系統運行中C2分得的電壓將減少，從而造成T二次側輸出電壓降因為一次側電壓的降低而降低;假設此時C2電容完好，構成高壓電容C1的內部部分電容被擊穿短路，則C1電容量增大，則運行中C2分得的電壓將增大，從而造成T二次側輸出電壓因為一次側電壓的升高而升高，與本次出現的現象相吻合。

5結論及建議

結合現場情況、計算分析及試驗測量數據，可得出如下結論。（1）二次電壓異常時CVT故障的主要現象，包括二次電壓波動、二次電壓變大、二次電壓變小等。在遇到CVT二次電壓異常時首先進行外觀檢查，重點檢查滲油和漏油，然后根據現象，分析可能的原因。（2）若測得某相各部分絕緣電阻數據正常，則基本可以排除因絕緣不良、分壓電容接地端未接地而引起二次電壓異常的因素。（3）若某相電磁單元儲油柜的油位超過上限值，說明可能因為密封損壞該相電容單元絕緣油流入電磁單元，可能會出現部分電容單元暴露在空氣中而形成部分單元電容擊穿損壞。（4）當二次電壓輸出值在59.09V～60.34V之間，可以認為輸出正常，當超過該范圍時可以根據表2初步進行電容分壓器損壞位置及個數的判斷。（5）要加強在線監測，并廣泛應用紅外成像儀、紫外成像儀等監測設備進行長期監測，便于及早發現問題。建立完善的試驗、維護和檢修制度，規范試驗數據的分析、處理制度，制定設備全生命周期運行維護方案。

結語

綜合以上直阻、絕緣電阻、介損及電容量及局部放電測試和設備解體情況分析：該故障CVT出廠至今已服役22年，由于CVT分壓電容C2首段引出的試驗抽頭螺絲密封性下降，C2絕緣長時間深度受潮，導致N點絕緣電阻下降，同時其介損和電容量明顯增長。由于電容量增長改變了3個分壓電容之間的分壓比，所以才引起了運行電壓下二次線圈電壓降低的現象。在所管轄變電站范圍內統計，同批次、同結構類型帶有中間試驗抽頭結構的電容式電壓互感器，加強紅外測溫工作，并結合停電計劃性工作進行統一排查;上報計劃，加快更換特老舊CVT設備更換速度，尤其是投運20年以上的設備;推廣CVT的相對介質損耗和電容量比值帶電測試項目。

參考文獻

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