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(guó)網(wǎng)紹興供電公司，浙江 紹興 312000

2.國(guó)網(wǎng)湖南檢修公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000

0 引言

電容式電壓互感器（以下簡(jiǎn)稱CVT）是由串聯(lián)電容器分壓，再經(jīng)電磁式互感器降壓和隔離，作為表計(jì)、繼電保護(hù)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(zhǎng)途通信、遠(yuǎn)方測(cè)量、選擇性的線路高頻保護(hù)、遙控、電傳打字等。因此，與常規(guī)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(jīng)濟(jì)和安全上還有很多優(yōu)越之處。

目前，變電站內(nèi)35 kV及以上獨(dú)立電壓互感器基本采用CVT。受設(shè)計(jì)水平、工藝水平和原材料等諸多因素的影響，CVT存在的質(zhì)量問(wèn)題較多，投運(yùn)后故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的電壓互感器的故障率，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，特別是二次電壓異常問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)三起220 kV CVT二次電壓異常典型案例進(jìn)行分析，探討故障產(chǎn)生的原因，并給出運(yùn)檢預(yù)防措施。

1 CVT結(jié)構(gòu)

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(nèi)，由中間變壓器T、補(bǔ)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(jié)合濾波器J及保護(hù)間隙F等位于端子箱內(nèi)。電磁單元中的補(bǔ)償電抗器L用來(lái)補(bǔ)償電容分壓器的容抗，阻尼器Z用來(lái)阻尼CVT內(nèi)部的鐵磁諧振。高壓電容器由1節(jié)或多節(jié)耦合電容器組成，分壓電容器由1節(jié)電容器組成，分壓電容器C2和下節(jié)耦合電容器（C12）同裝在1個(gè)瓷套內(nèi)，經(jīng)分壓抽頭引入電磁單元。

圖1 異常CVT下節(jié)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(nèi)電容單元擊穿，導(dǎo)致C2增大，變比K變大，從而導(dǎo)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(nèi)電容單元擊穿，導(dǎo)致C1增大，變比K變小，從而導(dǎo)致二次電壓偏高。對(duì)于220 kV電壓互感器，C1由C11與C12兩部分組成，C11位于上節(jié)電容，C12位于下節(jié)電容，因此，220 kV CVT二次電壓偏高，上節(jié)電容量及下節(jié)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?，F(xiàn)象。2018年，220 kV某變電站副母壓變運(yùn)行過(guò)程中報(bào)副母壓變3U0異常告警，運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(hào)：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(shù)據(jù)表

（2）試驗(yàn)情況。第一，對(duì)副母壓變開(kāi)展介損電容量試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)結(jié)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(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)電容量測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，通過(guò)電容分壓后，電磁單元一次電壓。設(shè)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(shù)值后，C1約為11 996 pF，C2正常值取2009年試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jì)算得二次電壓U'≈58.1 kV，與實(shí)際測(cè)得值相符，C相測(cè)量電壓偏低為C2異常引起。

第二，對(duì)異常CVT開(kāi)展準(zhǔn)確度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求，以準(zhǔn)確級(jí)0.2為例，比值差最大為-2.961%。

第三，對(duì)異常CVT開(kāi)展交流耐壓試驗(yàn)和局放試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求。測(cè)試電壓下局放量遠(yuǎn)大于5 pC，壓變下節(jié)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(yàn)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(xiàn)異常，C2變化量變大。

（3）解體檢查。對(duì)異常CVT下節(jié)電容解體，共發(fā)現(xiàn)4個(gè)明顯放電點(diǎn)——C12兩個(gè)、C2兩個(gè)，判斷C12出現(xiàn)兩個(gè)放電點(diǎn)為耐壓局放過(guò)程中出現(xiàn)。

（4）異常原因分析。分析試驗(yàn)結(jié)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(jié)電容C2部分電容單元被擊穿導(dǎo)致。

2.2 220 kV某變電站正母壓變二次電壓偏高異常

（1）異?，F(xiàn)象。2017年，某變電站正母壓變運(yùn)行過(guò)程中報(bào)副母壓變3U0異常告警，運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(hào)：TYD3 220/√3-0.01H；出廠日期：2009年7月。

表3 220kV正母壓變3U0異常數(shù)據(jù)表

（2）試驗(yàn)情況。第一，對(duì)正母壓變開(kāi)展介損電容量試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。試驗(yàn)結(jié)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(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，正母壓變A相C12電容量異常，C12位于下節(jié)電容。

將相關(guān)數(shù)據(jù)開(kāi)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(jì)算得二次電壓U’≈60.22 kV，與實(shí)際測(cè)得值相符，C相測(cè)量電壓偏低為C2異常引起。

第二，對(duì)異常CVT開(kāi)展準(zhǔn)確度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求，以準(zhǔn)確級(jí)0.2為例，比值差最大為2.005%。

第三，對(duì)異常CVT開(kāi)展交流耐壓試驗(yàn)和局放試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果不滿足要求。1.2Um/√3測(cè)試電壓下局放量遠(yuǎn)大于5 pC，下節(jié)電容局放量50 pC，并且在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中擊穿，無(wú)法再次升壓。

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

2.3 220 kV某變電站副母壓變二次電壓偏高異常

（1）異?，F(xiàn)象。2005年，220 kV某變電站變報(bào)“220 kV副母壓變電壓異?！?，運(yùn)維人員對(duì)副母壓變二次電壓進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)得壓Uab為104 V、Ubc為113 V、Uca為114 V，對(duì)地電壓Ua為59 V、Ub為58 V、Uc為72 V，與保護(hù)裝置中顯示的電壓基本相同。

副母壓變型號(hào)為：TYD220/√3—0.02H；出廠日期：2001年。

（2）試驗(yàn)情況。對(duì)副母壓變C相開(kāi)展介損電容量試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示，副母壓變C相上節(jié)電容C11電容量異常，上節(jié)電容介損異常。

表5 異常CVT介損電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)結(jié)果分析判斷，該CVT的上節(jié)電容可能存在電容單元擊穿的情況。

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

圖2 異常CVT上節(jié)電容解剖情況

（4）異常原因分析。試驗(yàn)結(jié)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(jié)電容C11部分電容單元被擊穿。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng) CVT 二次電壓偏高或偏低、時(shí)，一般為電容單元電容被擊穿。案例 1 和案例 2 試驗(yàn)可以看出，當(dāng)電容單元存在異常時(shí)，在耐壓和局放過(guò)程中，擊穿數(shù)量迅速增加，如不及時(shí)退出運(yùn)行，試驗(yàn)證明，在過(guò)電壓作用下，電容單元將快速擊穿，當(dāng)整個(gè)電容單元形成貫穿性擊穿后，很容易導(dǎo)則一次電容的爆炸事故。

針對(duì)上述典型異常，應(yīng)加強(qiáng) CVT 的巡視和維護(hù)。

（1）監(jiān)測(cè) CVT 二次電壓，及時(shí)掌握 CVT 內(nèi)部存在的問(wèn)題。當(dāng) CVT 發(fā)生部分電容損壞或絕緣異常等情況時(shí)，二次側(cè)電壓會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，如三相 CVT 的 3U0 電壓值會(huì)變大，各相間電壓幅值將出現(xiàn)較大差值，單相電壓超出正常值等現(xiàn)象。從 CVT 異常到發(fā)生損毀事故一般有一段時(shí)間。為及早發(fā)現(xiàn) CVT 異常情況，避免設(shè)備事故的發(fā)生，可通過(guò)采集相關(guān)電壓量，并進(jìn)行變電站監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)處理，實(shí)現(xiàn)CVT 在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并報(bào)警。主要技術(shù)方案是利用測(cè)控裝置采集的線路及母線電壓值，上送至后臺(tái)，在后臺(tái)進(jìn)行邏輯分析、判斷，輸出告警信息。

（2）運(yùn)維巡視過(guò)程中，應(yīng)定期實(shí)測(cè) CVT 二次電壓，并做好記錄。

（3）當(dāng) CVT 二次電壓異常時(shí)，應(yīng)盡快安排停電試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)不合格的電容設(shè)備，應(yīng)及時(shí)安排更換。