一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動故障分析

韓慕堯 羅皓文 劉傲洋 廖 玄 望開新

一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動故障分析

韓慕堯1羅皓文2劉傲洋2廖 玄2望開新2

（1. 三峽大學，湖北 宜昌 443002； 2. 國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448200）

本文針對一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動故障進行分析，通過查看現(xiàn)場故障錄波波形、檢查二次電壓回路、電壓互感器本體狀況，最終查明故障原因是電壓互感器末端N端子與開口三角繞組（二次零序電壓回路）之間絕緣擊穿，電壓互感器一次側產(chǎn)生的放電電流在開口三角繞組中流通，從而引起二次零序電壓異常波動。最后，針對本起事件所暴露出的問題，提出關于二次設備日常巡視工作的思考及建議。

電容式電壓互感器（CVT）；二次零序電壓；異常波動；絕緣擊穿

0 引言

電壓互感器作為電力系統(tǒng)重要組成設備之一，能將電網(wǎng)一次側高電壓轉(zhuǎn)化成二次側低電壓，從而為保護、測量、計量等繼電保護裝置提供系統(tǒng)電壓信息[1-5]。電壓互感器主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT），由于CVT在經(jīng)濟性及安全性方面具有顯著優(yōu)勢，因此，在110kV及以上電壓等級的系統(tǒng)中得到廣泛使用，CVT的可靠穩(wěn)定運行對于保障電網(wǎng)安全具有重要意義[6-7]。

本文針對一起110kV CVT二次零序電壓異常波動故障進行分析，通過查看現(xiàn)場故障錄波波形，以及檢查二次電壓回路、CVT本體狀況，最終查明故障原因是CVT末端N端子與開口三角繞組（二次零序電壓回路）之間絕緣擊穿，導致N端子通過開口三角繞組接地，CVT一次側產(chǎn)生的放電電流在開口三角繞組中流通，從而引起二次零序電壓異常波動。該故障是一起一次電流侵入二次系統(tǒng)的典型 案例。

1 故障概況

2019年7月5日，檢修人員在對某220kV變電站開展巡查工作時，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)110kV故障錄波裝置頻發(fā)“110kV 5號母線電壓30突變量啟動”報文，該站一次接線示意圖如圖1所示，220kV及110kV側均為雙母接線，110kV 4號、5號母線并列運行，為大電流接地系統(tǒng)。故障錄波裝置異常報文如圖2所示，110kV 5號母線電壓互感器互05二次零序電壓存在異常情況將嚴重影響站內(nèi)二次設備的安全運行，于是，檢修人員立即展開調(diào)查。

圖1 某220kV變電站一次接線示意圖

圖2 110kV故障錄波裝置異常報文

2 現(xiàn)場檢查情況

2.1 故障錄波波形檢查

由于110kV 4號和5號母線并列運行，正常運行時，4號、5號母線零序電壓均應接近0，且波形基本一致，系統(tǒng)有故障時，4號、5號母線零序電壓應同時波動[8]，但查看錄波波形后發(fā)現(xiàn)，4號、5號母線零序電壓波形上有明顯差異，如圖3所示。圖3中互04二次零序電壓波形的零序電壓幅值僅為0.2V左右，互05二次零序電壓波形明顯存在較大毛刺，其二次零序電壓幅值達到12V左右，已超過零序電壓啟動定值6V。

圖3 互04、互05二次零序電壓錄波波形

2.2 主控室二次回路檢查

經(jīng)檢查，該站二次電壓回路均在主控室“220kV及110kV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。利用萬用表現(xiàn)場量取互04零序電壓有效值為0.27V、互05零序電壓為1.589V。為進一步觀察零序電壓波形，檢修人員借助示波器分別對220kV 1號、2號母線及110kV 4號、5號母線零序電壓進行檢查，圖4為110kV 4號、5號母線零序電壓波形，圖5為220kV 1號、2號母線零序電壓波形。

圖4 110kV 4號、5號母線零序電壓波形

從圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，5號母線二次零序電壓存在較大高頻分量，波動異常，峰-峰值電壓高達16V，1號、2號及4號母線二次零序電壓幅值波動較小，波形中并無較大高頻分量。進一步檢查110kV 4號、5號母線相電壓波形，測量得到兩段母線相電壓二次有效值均為60.5V左右，且波形上未見明顯差異，呈現(xiàn)正序三相電壓關系。110kV 4號、5號母線相電壓波形如圖6所示。

圖5 220kV 1號、2號母線零序電壓波形

圖6 110kV 4號、5號母線相電壓波形（以A相為例）

3 故障原因分析

通過對現(xiàn)場情況的檢查可知，發(fā)生故障時，互04零序電壓及各相電壓未發(fā)生明顯變化，而互05零序電壓波動異常，各相電壓正常，由于4號和5號母線并列運行，正常情況下理應同時變化，所以，檢修人員懷疑5號母線電壓互感器互05二次零序電壓回路可能流過短時較大電流，在二次電纜上產(chǎn)生壓降，從而造成零序電壓波動。

為了證實上述推斷，檢修人員分別對互04、互05零序電壓回路進行電流檢測，發(fā)現(xiàn)正常運行時，互05零序電壓回路中性線N600電流為430mA，明顯大于正常值（50mA以下），之后檢修人員對互05二次電壓回路進行逐一檢查，發(fā)現(xiàn)零序電壓C相繞組首末端電流不一致，懷疑互05C相電壓互感器內(nèi)部可能存在絕緣擊穿。互05端子箱二次電壓測試結果如圖7所示。

接著，檢修人員對互05電壓互感器外觀進行檢查，發(fā)現(xiàn)C相電壓互感器接線盒下端二次電纜有油污，且本體油位明顯下降，如圖8所示。

圖7 互05端子箱二次電壓測試結果

圖8 互05C相電壓互感器外觀檢查情況

將互05電壓互感器轉(zhuǎn)檢修后，檢修人員發(fā)現(xiàn)C相電壓互感器二次接線盒內(nèi)有放電痕跡，互感器分壓電容末端N端子與開口三角C相繞組端子間絕緣擊穿，導致二次接線板結構破壞后造成互感器漏油。

綜上分析，互05電壓互感器放電回路如圖9所示，本起事件中110kV電壓互感器二次零序電壓異常波動的原因為互05電壓互感器開口三角繞組C相和分壓電容器N端子之間的絕緣擊穿，分壓電容器N端子直接接到開口三角C相電纜（L601）上。此時，電壓互感器通過開口三角繞組在電壓并列切換屏接地，互感器末端被鉗制到地電位，不會造成相電壓波動，而放電電流f在二次電纜及互感器二次繞組上會形成壓降，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，f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。實際情況與所分析情況一致，證實了之前的推斷。

圖9 互05電壓互感器放電回路

4 結論

在本起事件中，由于電壓互感器末端通過二次零序電壓回路已接地，導致在正常運行過程中，三相電壓依然平衡，只是零序電壓異常波動，因而具有一定隱蔽性，難以通過常規(guī)巡查手段發(fā)現(xiàn)。此外，一次設備通過二次回路接地，一旦放電電流較大、放電時間較長，極有可能造成繼電保護裝置誤動作，引起更為嚴重的事故[9-14]。

本起事件暴露出許多問題，值得檢修人員繼續(xù)思考和提升。對于保護人員：①加強二次設備日常巡視力度，要注重巡查的實效性，不能走馬觀花，心存僥幸，一定要警惕異常告警，及時查明告警原因；②豐富二次回路的檢測手段，要合理運用先進檢測設備（如示波器），從多維度出發(fā)，衡量二次回路及設備的運行狀況，努力擺脫固有思維限制。對于運維人員：加強運維人員二次繼電保護知識培訓，加強多班組合作交流，使運維人員能敏感察覺異常告警信息，及時溝通。對于一次檢修人員：加強對CVT原理和結構的學習，準確了解設備多維度檢測方法，關鍵是掌握一、二次專業(yè)知識結合點，做到設備檢修無盲區(qū)。

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Fault analysis of secondary zero-sequence voltage abnormal fluctuation of 110kV capacitive voltage transformer

HAN Muyao1LUO Haowen2LIU Aoyang2LIAO Xuan2WANG Kaixin2

(1. China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 2. Jingmen Power Supply Company, State Grid Hubei Power Electric Co., Ltd, Jingmen, Hubei 448200)

This paper analyzes the abnormal fluctuation of secondary zero-sequence voltage in 110kV capacitive voltage transformer. By viewing the field fault record waveforms and checking the condition of the secondary voltage loop voltage transformer, it is found that the fault is caused by insulation breakdown between the terminal N of the voltage transformer and the open triangular winding (secondary zero-sequence voltage loop). The discharge current generated in the primary side of the voltage transformer circulates in the open triangular winding, which causes abnormal fluctuation of the secondary zero-sequence voltage. In view of the problems exposed by this incident, some thoughts and suggestions on routine inspection of secondary equipment are given at last.

capacitive voltage transformer (CVT); secondary zero-sequence voltage; abnormal fluctuation; insulation breakdown

2020-12-16

2021-02-26

韓慕堯（1996—），男，湖北省荊門市人，碩士研究生，從事電力系統(tǒng)繼電保護研究工作。