電容式電壓互感器運行異常分析

顏冰，錢國超，馬儀，王耀龍，鄒德旭，周駿

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

電容式電壓互感器運行異常分析

顏冰，錢國超，馬儀，王耀龍，鄒德旭，周駿

(云南電網(wǎng)公司電力研究院，昆明 650217)

針對早期電容式電壓互感器 (以下簡稱CVT)在運行中多次出現(xiàn)二次回路無電壓顯示的情況，從其結(jié)構(gòu)原理上對缺陷原因進行了分析，并提出了相應(yīng)的檢測方法和預防措施。

MOA；CVT；鐵磁諧振

0 前言

近年來，網(wǎng)內(nèi)運行的CVT在運行中出現(xiàn)了多次二次回路無電壓顯示的情況，影響了對設(shè)備運行情況的正確判斷。以下從CVT的結(jié)構(gòu)和原理上進行了分析，指出了其中的不足，并提出了相應(yīng)的檢測方法及預防措施。

1 CVT發(fā)展過程

當前，電網(wǎng)對CVT的需求開始多樣化，并且要求CVT的電容大，精度高，負荷大[1]，若想提高CVT的負荷能力，對電容已確定的產(chǎn)品，一般實現(xiàn)的途徑是提高中間電力變壓器的一次電壓，同時要改善阻尼器的性能。因為在外部過電壓或過電流的刺激下，CVT內(nèi)部會產(chǎn)生鐵磁諧振，鐵磁諧振的過電壓幅值可達額定值的3～4倍。限制過電壓的幅值的措施是在中間變壓器的一次側(cè)加避雷器 (如圖1)，或者是采用性能優(yōu)異的速飽和電抗型阻尼器。由于技術(shù)發(fā)展的局限性，在當時電容器行業(yè)中基本采用加避雷器的方式限制鐵磁諧振過電壓幅值。

然而，近年來由于早期CVT產(chǎn)品內(nèi)部中間變壓器一次側(cè)加裝MOA導致了CVT二次側(cè)顯示電壓異常情況，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。隨著對CVT性能的不斷研究，相關(guān)的技術(shù)取得了一定的發(fā)展。尤其是對速飽和電抗器技術(shù)的研究和運用，使CVT的暫態(tài)性能得到較大改善，并且能在取消避雷器后，過電壓幅值仍然能夠限制在中間變壓器及相應(yīng)部件所能承受的范圍內(nèi)。因此，在CVT中加裝速飽和電抗器型阻尼器逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。

2 CVT結(jié)構(gòu)與原理

2.1 結(jié)構(gòu)介紹

CVT由電容器與電磁裝置[2]組成，工作原理是一次側(cè)電壓U通過中壓電容器C2分壓后傳遞到電磁裝置[3]內(nèi)的中間變壓器高壓側(cè)，中間變再將中間電壓變?yōu)槎坞妷?。其中補償電抗器與CVT漏抗之和與等值容抗1/ω(C1+C2)串聯(lián)諧振，以消除容抗壓降隨二次負荷變化引起的電壓波動，使電壓穩(wěn)定。CVT結(jié)構(gòu)原理圖見圖1、圖2所示。

圖中：

C：載波耦合電容

1a1n：二次繞組接線端子

圖1 帶避雷器的CVT原理圖

圖2 不帶避雷器的CVT原理圖

C1：高壓電容

C2：中壓電容

U：一次電壓

P：保護裝置

D：阻尼器

L：補償電抗器

BL：避雷器

dadn：剩余電壓繞組接線端子

N：載波通訊端子

XL：補償電抗器低壓端子

A’：中間電壓端子

T：中間電壓變壓器

J：帶有避雷器的結(jié)合濾波器 (用戶自備)

2.2 速飽和電抗型阻尼器

任何由電容和帶鐵心的電感所組成的電路都可能產(chǎn)生鐵磁諧振，CVT中也存在這種情況。在中間變壓器一次側(cè)突然加壓或二次側(cè)短路又突然消除的過渡過程中會產(chǎn)生諧振過電壓，會使中壓變壓器磁飽和，激磁電感L0下降，回路固有頻率(F0=1/2π L0C)視回路參數(shù)不同會變?yōu)殡娋W(wǎng)頻率的1/7、1/5或1/3，常見的是1/3次諧波振蕩。由于電網(wǎng)不斷供給能量，如果回路中若沒有適當阻尼裝置，將會產(chǎn)生持續(xù)的分次諧波鐵磁諧振，其過電壓幅值可達額定電壓的3～4倍[4]，過電壓和過電流將危害CVT電磁單元的絕緣。

為了保證CVT的高精度，總是將回路內(nèi)的串聯(lián)電阻設(shè)計得盡可能低，所以靠本身電阻來阻尼振蕩是微不足道的，必須加裝阻尼器。速飽和電抗型阻尼器裝于二次剩余繞組兩端，一般安裝在電磁單元郵箱內(nèi)。在CVT正常運行時，電抗Ls很大，通過的電流僅有幾十毫安，其功耗及儲能均很??；但當CVT產(chǎn)生鐵磁諧振時，Ls在過電壓作用下急劇下降，此時回路中能量主要由阻抗r消耗，達到了阻尼鐵磁諧振的目的。

圖4 速飽和電抗型阻尼器原理

3 CVT損壞原因分析

避雷器的損傷，包括電損傷和熱損傷，電損傷主要是避雷器閥片外表面絕緣放電和擊穿，熱損傷主要是閥片內(nèi)部發(fā)熱和閥片間接觸電阻發(fā)熱，引起閥片碳化，形成電弧通道，最后造成不可逆的熱擊穿。

CVT中避雷器失效的原因，包括正常運行時的熱損傷和過電壓運行時的損傷。避雷器是非線性元件，正常運行時，避雷器呈高阻態(tài)，電流為微安級，發(fā)熱的功耗極?。挥休^高過電壓時，避雷器呈低阻態(tài)，電流為毫安級至安培級，功耗明顯增大，避雷器閥片發(fā)熱明顯增加。因此，過電壓運行時的損傷，對避雷器的壽命起決定性作用，且避雷器的損傷有累積效應(yīng)，剩余壽命與避雷器已有的損傷情況有關(guān)。所以在運CVT二次電壓消失的缺陷情況主要是由于內(nèi)部的避雷器擊穿導致的。

4 檢測措施

4.1 故障錄波電壓監(jiān)測

對避雷器進行監(jiān)測，由于二次表計采樣率低的原因，一般不能對避雷器的脈沖放電做出反應(yīng)。在避雷器接近壽命終點前一段時間 (一個月至六個月不等，但幾天時間內(nèi)損壞的較少)，錄波圖中正弦波的波峰附近可能會出現(xiàn)電壓垂直下降又恢復的波形，隨著進一步損傷，電壓垂直下降的相位會越來越提前。隨著下降的量越來越高，避雷器進入雪崩式的損壞過程，開口三角出現(xiàn)異常剩余電壓，導致故障周期越來越短，使二次表計能夠顯示出較大的瞬動，而故障錄波就有可能捕捉到瞬動產(chǎn)生的放電脈沖。

為了及早判斷CVT內(nèi)部避雷器是否損壞，建議加強故障錄波的電壓波形監(jiān)測。

4.2 預試檢查

在預試定檢中加強關(guān)注帶避雷器的CVT高壓試驗結(jié)果，特別是中間變高壓尾端絕緣電阻、下節(jié)電容量與介質(zhì)損耗測試。通過分析測試結(jié)果，有助于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部避雷器是否存在異常。

5 結(jié)束語

針對早期CVT在運行中多次出現(xiàn)二次回路無電壓顯示的缺陷情況，文中從其原理和結(jié)構(gòu)上進行了分析，是因為早期的CVT為了降低一次側(cè)的諧振過電壓而在一次側(cè)加裝了避雷器，而隨著避雷器的老化，絕緣性能下降，導致避雷器擊穿，使CVT二次回路無電壓顯示。

為了改善目前CVT的運維情況，文中提出了兩種措施；

1)采用故障錄波電壓監(jiān)測法對一次側(cè)加裝避雷器的CVT進行監(jiān)測，以便能及時發(fā)現(xiàn)CVT內(nèi)部的避雷器是否受損；

2)在預試定檢中加強關(guān)注帶避雷器的CVT高壓試驗結(jié)果，有助于發(fā)現(xiàn)內(nèi)部避雷器是否存在異常。

[1] 房金蘭，藺躍宏.國內(nèi)外電容式電壓互感器目前水平及發(fā)展趨勢 [J].電力電容器，1997.

[2] GB/T 4703-2007，電容式電壓互感器 [S].北京：中國標準出版社，2008.

[3] 王化冰，趙志敏.基于電容分壓器的電子式電壓互感器的研究 [J].繼電器，2007，35(18)：46-49.

[4] 時德鋼，劉曄，胡光輝，等.一種基于電容分壓器的電子式電壓互感器 [J].電力電容器，2003.

Diagnose Analysis on Capacitor Voltage Transformer Operation Abnormality

YAN Bing，QIAN Guochao，MA Yi，WANG Yaolong，ZOU Dexu，ZHOU Jun
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

Case for early capacitor voltage transformer(hereinafter referred to as CVT)appeared no voltage display on the secondary circuit；this paper analyzed the causes of the defect from the structure and principles of CVT and proposed the corresponding detection methods and preventive measures.

MOA；CVT；The ferromagnetic resonance

TM8

B

1006-7345(2014)04-0106-04

顏冰 (1987)，男，碩士，助理工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，主要從事高電壓專業(yè)方向的研究工作 (e-mail) 497036819＠qq.com。

錢國超 (1981)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，主要從事高電壓專業(yè)方向的研究工作 (e-mail)410375004＠qq.com。

馬儀 (1969)，男，碩士，高級工程師，云南電網(wǎng)公司電力研究院，主要從事高電壓專業(yè)方向的研究工作 (e-mail) 42971995＠qq.com。