電容式電壓互感器絕緣擊穿故障處理及防范措施

楊 昊，汪 洋，劉 炬，廖 玄，羅皓文

(國網(wǎng)荊門供電公司，湖北 荊門 448000)

目前電力系統(tǒng)中110 kV及以上電壓等級普遍采用電容式電壓互感器[1-3]。電網(wǎng)設(shè)備存在運行環(huán)境復(fù)雜、廠家制作工藝良莠不齊及現(xiàn)場安裝接線不規(guī)范等因素[2]，使母線電容式電壓互感器開口三角電壓告警甚至繼電保護誤動作時有發(fā)生[4-5]，嚴重影響電力系統(tǒng)安全運行[6-10]。本文針對某220 kV變電站日常巡視中發(fā)現(xiàn)某段母線開口三角電壓異常現(xiàn)象,分析原因并提出防范措施，為變電站巡視及類似缺陷處理提供參考。

1 事故經(jīng)過及現(xiàn)場核查

1.1 事故經(jīng)過

2019年7月5日，某220 kV變電站二次檢修人員在開展繼電保護巡查工作中，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)110 kV故障錄波器5號母線電壓3U0突變量頻繁啟動。同時，該3U0錄波波形中還呈現(xiàn)出較大高頻分量，尖峰電壓曾一度上升至257 V，嚴重影響站內(nèi)二次設(shè)備安全運行。經(jīng)過縝密檢查與分析，檢修人員發(fā)現(xiàn)05電容式電壓互感器開口三角繞組中性點流過430 mA不平衡電流，確認05 C相電容式電壓互感器存在末端放電的情況。8日17時，運維人員將05電容式電壓互感器轉(zhuǎn)檢修后，發(fā)現(xiàn)C相低壓互感器二次接線盒內(nèi)大N端子(分壓電容器末端)與開口三角繞組da之間已經(jīng)擊穿。

1.2 現(xiàn)場核查

a.110 kV故障錄波器核查

檢修人員現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，該變電站110 kV故障錄波器(中元華電ZH-3型)頻繁啟動，并伴隨“110 kV 5號母線電壓3U0突變量啟動”報文，已持續(xù)近1年，如圖1所示。該變電站110 kV 4號、5號母線并列運行，為大電流接地系統(tǒng)，正常運行時，4號、5號母線零序電壓均應(yīng)接近零。但調(diào)閱波形后發(fā)現(xiàn)，4號、5號母線零序電壓波形上有明顯差異，5號母線電壓波形存在毛刺，且零序電壓幅值已超過啟動定值6 V(4號母線零序電壓僅為0.2 V左右)，如圖2所示。

圖1 110 kV故障錄波器頻繁啟動

圖2 110 kV 5號母線零序電壓波形

b.二次回路核查

檢查發(fā)現(xiàn)該變電站交流電壓回路均在主控室“220 kV/110 kV電壓并列隔離柜”一點接地，未發(fā)現(xiàn)失地或多點接地的情況。用萬用表現(xiàn)場測量4號母線零序電壓有效值為0.27 V、5號母線為1.589 V。

為進一步觀察零序電壓波形，檢修人員借助示波器對4號、5號母線零序電壓進行采樣，發(fā)現(xiàn)5號母線零序電壓存在不尋常的高頻分量，且幅值變化較大，峰-峰值高達16 V，如圖3所示。同等條件下，借助示波器對220 kV 1號、2號母線零序電壓進行分析，發(fā)現(xiàn)1號、2號母線零序電壓幅值較小，波形中并無高頻分量，如圖4所示。

圖3 110 kV 4號、5號母線零序電壓波形

圖4 220 kV 1號、2號母線零序電壓波形

進一步檢查110 kV 4號、5號母線相電壓波形，得到2段母線相電壓二次有效值均為60.5 V左右，且波形上未見明顯差異，呈現(xiàn)正序三相電壓關(guān)系，如圖5所示。

圖5 110 kV 4號、5號母線A相電壓波形

現(xiàn)場檢查端子箱二次回路均接線緊固，開口三角電壓、保護電壓、計量電壓分別通過擊穿保險JB1、JB2、JB3接地，二次回路良好，如圖6所示。

圖6 110 kV04、05互感器電容式電壓互感器二次電壓接地情況

2 原因分析

變電站110 kV側(cè)為大電流接地系統(tǒng)，4號、5號母線并列運行時，2條母線零序電壓應(yīng)接近于零，且波形一致，當系統(tǒng)故障時，4號、5號母線電壓應(yīng)同時波動。為了驗證2條母線在異常情況下，其二次電壓變化是否一致，2019年7月8日，檢修人員調(diào)閱近1周內(nèi)110 kV故障錄波器中所有啟動錄波波形，發(fā)現(xiàn)7月4日12：17：42的錄波波形存在異常。

該段錄波清晰顯示，在裝置啟動時4號母線各相電壓未發(fā)生明顯變化，零序電壓波動不大，如圖7所示。然而5號母線零序電壓卻產(chǎn)生較大波動，電壓峰值突然升高至257 V，且三相電壓均朝同一個方向變化，如圖8所示。經(jīng)調(diào)閱系統(tǒng)各二次設(shè)備報告，錄波啟動時系統(tǒng)并未發(fā)生故障。

圖7 110 kV04電容式電壓互感器故障錄波器波形

圖8 110 kV05電容式電壓互感器故障錄波器異常波形

觀察到故障錄波器啟動瞬間，同一時刻的各通道采樣值均有細微變化，檢修人員懷疑05互感器電壓二次回路中性點可能流過短時較大電流，在二次電纜上產(chǎn)生壓降，造成電壓波動。

為了證實上述推斷，檢修人員對04、05電容式電壓互感器中性線電流進行測試，發(fā)現(xiàn)正常運行時，05互感器開口三角繞組中性線電流為430 mA，明顯大于正常值(50 mA以下)。

檢修人員對05互感器二次電壓回路的電流進行逐一測試，發(fā)現(xiàn)開口三角電壓C相繞組首末端電流不一致，懷疑05 C相電容式電壓互感器內(nèi)部可能存在絕緣擊穿，具體測試結(jié)果如圖9—圖11所示。

圖9 110 kV04電容式電壓互感器零序電壓中性線電流

圖10 110 kV05電容式電壓互感器零序電壓中性線電流

圖11 05電容式電壓互感器TV端子箱中性線測試

7月8日17時，向調(diào)度申請將05電容式電壓互感器轉(zhuǎn)檢修后，檢修人員發(fā)現(xiàn)C相電容式電壓互感器二次接線盒內(nèi)有放電痕跡。電容式電壓互感器分壓電容末端大N端子與開口三角da端子間絕緣擊穿，導(dǎo)致二次接線板結(jié)構(gòu)破壞后引起電容式電壓互感器漏油，如圖12—圖13所示。

圖12 05 C相電容式電壓互感器外觀檢查情況

圖13 05 C相電容式電壓互感器油位

05電容式電壓互感器二次接線樁頭擊穿后，分壓電容器末端直接接到開口三角L601上，相當于經(jīng)開口三角繞組在電壓并列切換屏接地。電容式電壓互感器分壓電容器末端被鉗制到地電位，不會造成相電壓波動。放電電流If在二次電纜及電容式電壓互感器二次繞組上形成壓降ΔU+ΔU′，造成正常運行時零序電壓中產(chǎn)生較大高頻分量。當絕緣狀況發(fā)生變化，If出現(xiàn)短時大電流時，零序電壓將出現(xiàn)較大尖峰脈沖波形。由于放電電流If直接注入A、B、C相開口三角繞組，也會同步影響A、B、C相電容式電壓互感器主磁通，造成保護、計量繞組三相電壓發(fā)生變化，其放電回路如圖14所示。上述分析結(jié)果與實際情況一致，由此證實了上述推斷。

圖14 05電容式電壓互感器放電回路

綜上所述，110 kV 5號母線零序電壓波動的原因為05 C相電容式電壓互感器大N端子(分壓電容器末端)與開口三角繞組之間絕緣擊穿，產(chǎn)生放電電流在回路上形成壓降所致，是一起一次電流侵入二次系統(tǒng)的典型案例。

2019年7月10日，檢修人員對05 C相電容式電壓互感器進行整體更換。送電后變電站110 kV 5號母線零序電壓有效值恢復(fù)到0.3 V，且故障錄波器采樣波形不再出現(xiàn)尖峰毛刺。現(xiàn)場利用示波器測量4號、5號母線零序電壓，發(fā)現(xiàn)波形中不再出現(xiàn)高頻分量，缺陷被成功處置，如圖15所示。

圖15 更換電容式電壓互感器后2條母線零序電壓波形

3 防范措施

該事故由于C相電容式電壓互感器電容器末端通過二次回路接地，導(dǎo)致正常運行時三相電壓依然平衡，難以通過常規(guī)巡查發(fā)現(xiàn)，具有隱蔽性。一次設(shè)備通過二次回路接地，一旦放電電流較大、放電時間較長，極有可能造成二次電壓波動，引起保護誤動作。具體防范措施如下。

a.加強二次設(shè)備日常巡視力度。要注重巡查的實效性，嚴格對照作業(yè)指導(dǎo)書(卡)的要求逐項開展，不隨意跳項，碰到異常告警一定要做好記錄，查明原因。

b.豐富二次回路的檢測手段。合理運用先進檢測設(shè)備(如示波器)，多維度衡量二次回路及設(shè)備的運行狀況。

c.擴展一次專業(yè)相關(guān)知識。相關(guān)人員要不斷學(xué)習(xí)一次設(shè)備的原理和結(jié)構(gòu)，了解設(shè)備檢測方法，掌握一、二次結(jié)合知識點，不斷提升現(xiàn)場消缺水平。

4 結(jié)語

本文從日常巡視中發(fā)現(xiàn)某段母線開口三角電壓異常的現(xiàn)象出發(fā)，通過二次回路排查及故障錄波分析查明，某220 kV變電站內(nèi)存在開口三角電壓突變量頻繁啟動、波形中呈現(xiàn)出較大高頻分量、開口三角繞組中性點不平衡電流等故障現(xiàn)象，最終精確定位出故障點是電壓互感器分壓電容末端大N端子與開口三角da端子間絕緣擊穿導(dǎo)致二次接線板結(jié)構(gòu)破壞。及時處理了一起變電站危急缺陷，并結(jié)合生產(chǎn)實際從日常巡視要求、設(shè)備檢測手段、人員技能水平上提出防范措施，為電容式電壓互感器的巡視及缺陷處理提供參考。