運行中電容式電壓互感器二次電壓異常情況分析與處理

劉 勇，陳正強，曹慶洲，譚 樂

（深圳供電局有限公司，廣東深圳 518000）

電容式電壓互感器是變電站的重要設備，其主要功能是測量系統電壓，對計量、繼電保護、避雷器帶電測試等具有重要作用[1]。其常見缺陷為異常發熱、二次電壓異常，分析原因，主要有以下幾種：介損偏大、電容量變化、中間變壓器元器件故障等。如何有效掌握其狀態對于變電站安全穩定運行十分重要[2]。

目前針對電容式電壓互感器的周期性試驗項目主要是帶電進行紅外和紫外檢測，停電開展絕緣電阻測試和介損電容量測試，部分地區推行了帶電監測介損和電容量，這對于防范電容式電壓互感器的常見缺陷可起到有效的作用[3]。

然而，2022年接連發生的幾起電容式電壓互感器二次電壓異常事件，卻顯示出僅依靠常規檢測手段，并不能及時有效地檢測出設備缺陷，對電力系統的穩定運行帶來了隱患。

文章對某變電站近期出現的電容式電壓互感器二次電壓異常事件進行了分析，準確判斷出產生異常的原因，并論證了二次電壓在線監測對設備穩定運行的作用。

1 二次電壓異常情況分析

1.1 運行中二次電壓不平衡

2022年3月8日，通過監屏發現某變電站112 PT后臺電壓顯示異常，經現場測量，AB 相二次電壓約為58.2 V，C 相二次電壓約為57 V，C 相二次電壓比AB 相偏低，差值約為1.2 V。后經多次跟蹤測量，差值穩定在1.2 V 左右。

該電容式電壓互感器工作原理如圖1所示，一次電壓經過電容單元降壓，再經過中間變壓器降壓，最終得到二次電壓。

圖1 電容式電壓互感器原理

其中，電容分壓單元變比K=1+C2/C1。

2022 年3 月26 日，試驗部組織人員 對112 PT 開展了停電診斷性試驗，結果如下。

（1）電容量測量。電容量測試結果見表1，經對比對2017年2月15日試驗記錄發現，C 相C2單元電容量增大2.65%，已經達到了規程要求的注意值（2%），但還未超出合格范圍。根據電容量計算，K=1+C2/C1，C2增大，變比K增大，二次電壓降低。經計算，相比于2017年2月15日試驗數據，本次變比增大約1.44%，二次電壓降低約1.42%，與二次電壓測量結果較為吻合。

表1 112 PT電容量測試結果

（2）變比測量。變比測試結果見表2，C 相變比相比額定值偏大，相比AB 相也偏大，增大百分比與電容量測試結果較為相符，基本可判斷C 相二次電壓異常是由C 相C2電容單元內部故障引起。

表2 112 PT變比測試結果

此外，該112 PT 絕緣電阻、介損、二次繞組直流電阻等其他試驗數據合格，無明顯異常。

1.2 投運時二次電壓發生變化

2022 年9 月13 日，同一變電站111 PT 預試完成后送電，送電后二次電壓不平衡，保護和計量組電壓如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C 相59.3 V，B 相二次電壓比AC 相偏低，AB 差值約為1.3 V，BC 相差值約為1.7 V。后經多次跟蹤測量，差值穩定。

2022 年9 月13 日，試驗班組對111 PT 開展正常停電預試，電容量測試結果見表3。本次試驗，ABC三相總電容量與銘牌值接近，最大偏差僅為–0.12%，與2017 年試驗結果相比，每個電容單元的偏差均在–0.61%～–0.73%，考慮是不同測試儀器間的誤差引起。試驗結果合格。

表3 111 PT 電容量測試結果

2022年9月13日晚送電后，二次電壓不平衡，保護和計量組電壓如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C相59.3 V，B 相二次電壓比AC 相偏低，AB 差值約為1.3 V，BC 相差值約為1.7 V。后經多次跟蹤測量，差值穩定。2022 年9 月27 日，檢修專業對111 PT 進行了更換，試驗部組織人員對更換下來的111 PT 開展了診斷性試驗，結果如下。

（1）電容量測量。電容量測試結果見表4，經對比2022年9月13日試驗記錄發現，B 相C2單元電容量增大3.29%，已經達到了規程要求的注意值（2%），但還未超出合格范圍。根據電容量計算，K=1+C2/C1，C2增大，變比K增大，二次電壓降低。經計算，相比于上次試驗數據，本次變比增大約1.58%，二次電壓應降低約1.58%，與二次電壓測量結果較為吻合。

表4 111 PT第二次電容量測試結果

（2）變比測量。變比測試結果見表5，B 相變比相比額定值偏大，相比AC 相也偏大，增大百分比與電容量測試結果較為相符，基本可判斷B 相二次電壓異常是由B 相C2電容單元內部故障引起。

表5 111 PT變比測試結果

此外，該111 PT 絕緣電阻、介損、二次繞組直流電阻等其他試驗數據合格。

2 原因分析及處理

2.1 原因分析

電容分壓器的高壓和中壓電容均為多電容單元串聯，如圖2所示。在交流電壓作用下各單元按各自電容量大小進行分壓，實際上各單元承受電壓基本均勻。

圖2 電容單元

在運行過程中，由于雜質、水分等因素的影響，再加上常年承受系統電壓，某些電容單元的絕緣會產生老化現象，其絕緣水平會下降，在過電壓甚至是正常工作電壓的作用下，有可能發生擊穿。擊穿后會導致高壓單元和中壓單元的分壓比產生改變，進而使二次電壓產生偏差。同時，發生擊穿情況后，會導致其他未擊穿的電容單元所承受的電壓升高，加速絕緣老化，當絕緣水平進一步降低后，會有更多的電容單元發生擊穿。圖3為發生了擊穿的電容單元[4]。

圖3 電容單元產生黑色擊穿痕跡

分析111 PT 和112 PT 的運行情況，112 PT 歷次預試數據合格，疑為運行中電容單元發生了擊穿。而111 PT 在2022 年9 月13日預試時數據合格，晚上送電時二次電壓異常，在排除了其他影響因素后，初步判定是送電時的操作過電壓導致電容發生了擊穿，此后的停電試驗也證明了這一點。

2.2 處理情況

根據檢修試驗規程的規定，電容量的合格范圍為–5%～10%[6]，上述兩組PT 的電容量變化均在此范圍內，滿足檢修試驗規程的要求。然而，因為上述兩組均為母線PT，單相出現電容量變化的情況，會導致二次電壓不平衡，倘若二次電壓進一步變化，差距進一步加大，則會影響繼電保護的正確動作。因此，即便試驗數據尚在合格范圍內，也對其進行了更換處理。

3 二次電壓監測

停電開展介損電容量測試，以及帶電監測介損和電容量，對于防范電容式電壓互感器的常見缺陷可起到有效的作用。但是，對于110 kV 設備而言，其預試周期為6 a，在此期間，電容量的變化有可能會超出規程要求，因此，結合二次電壓監測可較早發現電容單元的劣化情況，該方法可進行推廣。

但是，二次電壓監測除了監測實時數據以外，還應當分析歷史變化曲線。因為當高壓電容和中壓電容變化比例相當時，電容單元電壓比正常，二次電壓不會產生異常。分析二次電壓的歷史曲線可有效避免這種情況。