220 kV CVT二次電壓異常典型案例分析

徐 龍，肖澤宇，李 豐，倪錢杭，蔡繼東

1.國網紹興供電公司，浙江 紹興 312000

2.國網湖南檢修公司，湖南 長沙 410000

0 引言

電容式電壓互感器（以下簡稱CVT）是由串聯電容器分壓，再經電磁式互感器降壓和隔離，作為表計、繼電保護等的一種電壓互感器。電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線用于長途通信、遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字等。因此，與常規的電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，在經濟和安全上還有很多優越之處。

目前，變電站內35 kV及以上獨立電壓互感器基本采用CVT。受設計水平、工藝水平和原材料等諸多因素的影響，CVT存在的質量問題較多，投運后故障率遠遠高于常規的電壓互感器的故障率，嚴重影響電網的安全運行，特別是二次電壓異常問題。文章通過對三起220 kV CVT二次電壓異常典型案例進行分析，探討故障產生的原因，并給出運檢預防措施。

1 CVT結構

CVT電氣原理如圖1所示。電容分壓器由高壓耦合電容器C1和分壓電容器C2組成，電磁單元位于油箱內，由中間變壓器T、補償電抗器L、阻尼器Z組成，二次繞組端子a1、x1，a2、x2和af、xf，電容分壓器低壓端Y、結合濾波器J及保護間隙F等位于端子箱內。電磁單元中的補償電抗器L用來補償電容分壓器的容抗，阻尼器Z用來阻尼CVT內部的鐵磁諧振。高壓電容器由1節或多節耦合電容器組成，分壓電容器由1節電容器組成，分壓電容器C2和下節耦合電容器（C12）同裝在1個瓷套內，經分壓抽頭引入電磁單元。

圖1 異常CVT下節電容解剖情況

圖1 CVT電氣原理圖（220 kV）

2 220 kV CVT二次電壓異常典型案例分析

CVT二次電壓偏低，從原理上分析，主要為電容單元C2異常，C2內電容單元擊穿，導致C2增大，變比K變大，從而導致二次電壓偏低。

CVT二次電壓偏高，從原理上分析，主要為電容單元C1異常，C1內電容單元擊穿，導致C1增大，變比K變小，從而導致二次電壓偏高。對于220 kV電壓互感器，C1由C11與C12兩部分組成，C11位于上節電容，C12位于下節電容，因此，220 kV CVT二次電壓偏高，上節電容量及下節電容量異常均有可能。

2.1 220kV某變電站副母壓變二次電壓偏低異常

（1）異常現象。2018年，220 kV某變電站副母壓變運行過程中報副母壓變3U0異常告警，運維人員現場實測副母壓變3相二次電壓，副母壓變C相電壓偏低，與告警情況相符，如表1所示。其中副母壓變型號：TYD3 220/√3-0.01H；出廠日期：2009年7月。

表1 220 kV副母壓變3U0異常數據表

（2）試驗情況。第一，對副母壓變開展介損電容量試驗，結果如表2所示。試驗結果顯示，副母壓變C相C2電容量異常。

表2 副母壓變介損電容量試驗數據

對電容量測試數據進行計算分析，通過電容分壓后，電磁單元一次電壓。設Kt為電磁單元變比，為電壓互感器變比，U'為二次輸出電壓，則。代入數值后，C1約為11 996 pF，C2正常值取2009年試驗數據64 130 pF，Kt≈346.7。C2異常后為C'2，Kt不變，C1不變，則≈2 252.9，一 次 電 壓U≈131 kV， 則計算得二次電壓U'≈58.1 kV，與實際測得值相符，C相測量電壓偏低為C2異常引起。

第二，對異常CVT開展準確度試驗，試驗結果不滿足要求，以準確級0.2為例，比值差最大為-2.961%。

第三，對異常CVT開展交流耐壓試驗和局放試驗，試驗結果不滿足要求。測試電壓下局放量遠大于5 pC，壓變下節電容局放量為約6 000 pC，維持5分鐘后為100 pC。

第四，常CVT耐壓局放試驗后，壓變C12電容變化量3.97%，C2電容變化量5.92%，較局放耐壓前，C12電容量出現異常，C2變化量變大。

（3）解體檢查。對異常CVT下節電容解體，共發現4個明顯放電點——C12兩個、C2兩個，判斷C12出現兩個放電點為耐壓局放過程中出現。

（4）異常原因分析。分析試驗結果及解體檢查情況，220 kV某變電站副母壓變C相二次電壓偏低，是由于下節電容C2部分電容單元被擊穿導致。

2.2 220 kV某變電站正母壓變二次電壓偏高異常

（1）異常現象。2017年，某變電站正母壓變運行過程中報副母壓變3U0異常告警，運維人員現場實測正母壓變3相二次電壓，正母壓變A相電壓偏高，與告警情況相符，如表3所示。其中，正母壓變型號：TYD3 220/√3-0.01H；出廠日期：2009年7月。

表3 220kV正母壓變3U0異常數據表

（2）試驗情況。第一，對正母壓變開展介損電容量試驗，結果見表4。試驗結果顯示，副母壓變C相C2電容量異常。

表4 正母壓變介損電容量試驗數據

試驗結果顯示，正母壓變A相C12電容量異常，C12位于下節電容。

將相關數據開展分析，Kt≈344.7。C12異常后，C12≈12 196，Kt不變，C2不變，則K≈2 170.5，一次電壓U≈130.7 kV，則計算得二次電壓U’≈60.22 kV，與實際測得值相符，C相測量電壓偏低為C2異常引起。

第二，對異常CVT開展準確度試驗，試驗結果不滿足要求，以準確級0.2為例，比值差最大為2.005%。

第三，對異常CVT開展交流耐壓試驗和局放試驗，試驗結果不滿足要求。1.2Um/√3測試電壓下局放量遠大于5 pC，下節電容局放量50 pC，并且在耐壓試驗過程中擊穿，無法再次升壓。

（3）異常原因分析。分析試驗結果，220 kV某變電站正母壓變A相二次電壓偏高，是由于下節電容C12部分電容單元被擊穿導致。

2.3 220 kV某變電站副母壓變二次電壓偏高異常

（1）異常現象。2005年，220 kV某變電站變報“220 kV副母壓變電壓異常”，運維人員對副母壓變二次電壓進行現場測量，測得壓Uab為104 V、Ubc為113 V、Uca為114 V，對地電壓Ua為59 V、Ub為58 V、Uc為72 V，與保護裝置中顯示的電壓基本相同。

副母壓變型號為：TYD220/√3—0.02H；出廠日期：2001年。

（2）試驗情況。對副母壓變C相開展介損電容量試驗，結果如表5所示。試驗結果顯示，副母壓變C相上節電容C11電容量異常，上節電容介損異常。

表5 異常CVT介損電容量試驗數據

試驗結果分析判斷，該CVT的上節電容可能存在電容單元擊穿的情況。

（3）解體檢查。對異常CVT的上節電容解體，發現有多次電容元件擊穿，拆除芯子包封件后發現擊穿部位基本成一條直線，由上往下數，為第1、2、3、4、5、9、11、13、21、33、34、35、36、39元件共有14個元件發生了擊穿，CVT上節電容解剖情況如圖2所示。

圖2 異常CVT上節電容解剖情況

（4）異常原因分析。試驗結果及解體檢查情況，220 kV某變電副母壓變C相二次電壓偏高，由于上節電容C11部分電容單元被擊穿。

3 結束語

當 CVT 二次電壓偏高或偏低、時，一般為電容單元電容被擊穿。案例 1 和案例 2 試驗可以看出，當電容單元存在異常時，在耐壓和局放過程中，擊穿數量迅速增加，如不及時退出運行，試驗證明，在過電壓作用下，電容單元將快速擊穿，當整個電容單元形成貫穿性擊穿后，很容易導則一次電容的爆炸事故。

針對上述典型異常，應加強 CVT 的巡視和維護。

（1）監測 CVT 二次電壓，及時掌握 CVT 內部存在的問題。當 CVT 發生部分電容損壞或絕緣異常等情況時，二次側電壓會發生相應變化，如三相 CVT 的 3U0 電壓值會變大，各相間電壓幅值將出現較大差值，單相電壓超出正常值等現象。從 CVT 異常到發生損毀事故一般有一段時間。為及早發現 CVT 異常情況，避免設備事故的發生，可通過采集相關電壓量，并進行變電站監控系統后臺處理，實現CVT 在線監測，及時發現異常并報警。主要技術方案是利用測控裝置采集的線路及母線電壓值，上送至后臺，在后臺進行邏輯分析、判斷，輸出告警信息。

（2）運維巡視過程中，應定期實測 CVT 二次電壓，并做好記錄。

（3）當 CVT 二次電壓異常時，應盡快安排停電試驗，對試驗不合格的電容設備，應及時安排更換。