兩起電容式電壓互感器故障的分析與處理

溫曉陽，葉 楠，徐文輝，張 隆，黃偉明

(廣東電網有限責任公司河源供電局, 廣東 河源 517000)

0 引 言

目前，CVT由于其具有體積小、重量輕、維護工作量少、運行可靠性高等優點, 在電力系統中得到了普遍的應用，是電壓互感器諸多類型中應用最為廣泛的一種，特別是110 kV及以上電壓等級中，CVT的市場占有率非常高。因此，針對運行中CVT電氣試驗研究的重要性也就凸顯出來，同時，如何將試驗的技術方法與國家標準、行業標準、公司規程等結合在一起，切實有效地指導設備運維工作落地實施也顯得尤為重要。該文闡述CVT的工作原理和一些主要試驗項目，然后分析兩起CVT試驗數據異常的案例，通過分析與判斷發現故障并采取合理的運維策略進行處理，最后對該類設備在運維中需要注意的事項提出建議，以供工程實際參考。

1 CVT的基本原理和試驗情況概述

圖1 電容式電壓互感器電氣原理圖Fig.1 Electrical schematic diagram of CVT

CVT在整個組裝、出廠、安裝、運行期間需要進行包括工頻交流耐壓、局部放電試驗、絕緣檢查、電容量、介質損耗等多項試驗項目在內的不同類型的試驗[2-3]，但當設備投運后，能夠對設備狀況進行檢測跟蹤的主要是依靠帶電紅外測試和周期性停電進行的預防性試驗，這其中以電容量測試、介質損耗測試、絕緣電阻測試等常規試驗項目為主，必要時輔以絕緣油處理、工頻交流耐壓試驗、局部放電試驗等[4]。

2 案例分析

2.1 110 kV某變電站線路電壓互感器電容量超標

表1 2017年5月絕緣電阻測試結果Table 1 Test results of insulation resistance in May 2017

表2 2017年5月電容量和介損測試結果Table 2 Test results of capacitance and dielectric loss in May 2017

由于主電容和分壓電容的材料目前以膜紙復合絕緣為主，該絕緣結構以金屬箔為電極，將其和薄膜、紙從兩端重疊后，卷繞成扁筒的形狀，構成一個電容單元，每節電容大多由100個左右的小電容單元串聯構成[5]，現假設每個小電容單元的電容量為C0，共有100個小電容單元，則總電容量為C0/100。當其中一個電容單元被擊穿時，總電容量則變化為C0/99，此時的電容增加量為1%，而此時由于一個串聯的電容單元被擊穿，運行電壓被施加在剩下的99個電容單元上，使其承受電壓變大，增加了剩余電容單元被擊穿的可能性。考慮各種因素造成的試驗誤差和裕度，電容值增大2%以上時，應考慮有一個元件擊穿，所以規程規定，當電容量與出廠值相比增加量超過2%時，應當縮短試驗周期。通過分析表2中數據可知，該CVT的C1電容量與出廠值相比增加量為3.15%。考慮主電容C1有電容單元被擊穿的可能，導致總電容增加量為2.49%。為了驗證該想法，又對該CVT的變比進行了測試，結果顯示，三組二次繞組對應的變比均小于額定值，但不明顯。同時，極間絕緣電阻和介損值均滿足規程規定值，并無異常，這主要是由于絕緣電阻的測試結果僅能反映貫通性的集中性缺陷、整體受潮、貫通性受潮等，若絕緣只有局部缺陷，而兩極間仍有部分良好絕緣時，絕緣電阻降低很少甚至不發生變化。而介質損耗測試僅能發現絕緣整體受潮、劣化變質以及小體積試品貫通和未貫通的局部缺陷[6]，所以當僅為個別電容單元被擊穿這種單一缺陷發生時，絕緣電阻和介質損耗測試結果無法將其體現出來[7]。

因此將該次故障定性為電容單元被擊穿后導致的電容量超標，由于增加量超出規定值較少，故經研究決定，將該設備試驗周期縮短為1年，并建議此期間由運行每季度對該設備進行紅外測溫一次[8]。至2018年4月，高試班組對該設備繼續開展停電預試工作，該次試驗結果分別如表3、表4所示。

表3 2018年4月絕緣電阻測試結果Table 3 Test results of insulation resistance in April 2018

表4 2018年4月電容量和介損測試結果Table 4 Test results of capacitance and dielectric loss in April 2018

由表3、表4數據可知，極間絕緣電阻、中間變壓器絕緣電阻、末屏絕緣電阻依然滿足規程要求，為合格，介損值也滿足2018版規程要求值，不大于0.2%，說明該設備仍未出現整體受潮、貫通性缺陷等故障。但其C1電容量與出廠值相比增加量為3.77%，與上次試驗結果相比有明顯增加趨勢，導致總電容的增加量增加為3.1%，有擊穿擴大的可能性，對變比的測量結果也顯示比上次測量值與額定值的差值更大了。考慮到該變電站負荷率和用戶重要度等因素會導致短周期停電較為困難，故立即對該設備進行了更換處理。

2.2 220 kV某變電站某條110 kV線路電壓互感器電容量超標

表5 2017年8月絕緣電阻測試結果Table 5 Test results of insulation resistance in August 2017

表6 2017年8月電容量和介損測試結果Table 6 Test results of capacitance and dielectric loss in August 2017

由表5、表6數據分析可知，該設備的絕緣電阻測試結果均符合規程要求，無異常現象，介損值也均小于規程規定值0.4%(2011版南網規程)[9]，無異常。C1的電容量和總電容量變化與額定值相比均在-5%～+10%范圍內，但增加量明顯大于2%，按照規程規定需要縮短該設備試驗周期。由于該次試驗結果顯示C1的電容量和總電容量變化較大，超出2%的規定值較多，立即對變比進行了測量，結果如表7所示。

表7 2017年8月變比測試結果Table 7 Test results of transformation ratio in August 2017

由測試結果可知，與額定值相比，變比的變化也比較明顯。綜上分析，建議對該設備進行更換處理，但由于缺陷發生突然，備品備件無法及時到位，故經研究決定，將該設備的試驗周期縮短為三個月，并建議在此期間由運行人員對該設備每月進行一次紅外測溫工作。直至2018年1月對該設備再次進行停電預試工作，該次試驗結果分別如表8～10所示。

表8 2018年1月絕緣電阻測試結果Table 8 Test results of insulation resistance in January 2018

表9 2018年1月電容量和介損測試結果Table 9 Test results of capacitance and dielectric loss in January 2018

表10 2018年1月變比測試結果Table 10 Test results of transformation ratio in January 2018

通過對上述數據進行分析得知，在絕緣電阻和介損值都滿足要求的情況下，C1的電容量變化率此時已經超出-5%～+10%范圍，增加到11.9%，且總電容量的變化率也由上次的5.26%增加到9.24%，增長趨勢明顯，且較為嚴重，變比的變化較之前也更加明顯。經各專業研判，立即將該設備退出運行。

以上兩起CVT電容量增大的案例由于發現及時，運維策略合理，使故障未繼續惡化，未造成電容器爆炸、設備故障被迫停運等嚴重后果。

3 結 語

通過對電容式電壓互感器從結構原理到試驗分析，再到兩起案例數據的解析與處理措施，總結出以下幾點建議，以供參考：

1)應嚴格按照《電力設備檢修試驗規程》的周期、項目、標準開展預防性試驗。當電容值與出廠值比較增加量超過 2% 時，應引起重視，縮短試驗周期，必要時進行相關的檢查性試驗。

2)當試驗分析結果確定需要縮短試驗周期時，由于規程未明確規定超標范圍對應的試驗周期，可結合電容增加量超標的嚴重程度和運行經驗制定合理的運維策略，選擇合理的試驗周期，避免因試驗周期制定不合理造成不能及時掌握設備缺陷發展情況，造成嚴重后果。

3)當試驗結果顯示CVT電容量超標時，可輔以其他數據及檢查進一步進行分析，比如二次側電壓是否正常，如不正常，增大還是減小，如增大，可考慮C1有電容單元被擊穿，如減小，可考慮C2有電容單元被擊穿。

4)在縮短試驗周期運行期間，可以采取定期紅外測溫等手段對該設備進行檢測，有條件的變電站還可以采用在線監測技術，對二次電壓進行實時監測，確保設備在異常運行時第一時間被發現。

5)因CVT檢修停電困難，故障后的影響較大，解體檢查修復的實施難度大、周期長，建議在產品出廠時就把好質量關。