一起電容式電壓互感器二次回路故障診斷分析

馮 駿,徐 鋼

(1.國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州225327；2.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

電壓互感器是電力系統(tǒng)重要的一次設(shè)備，負(fù)責(zé)將高電壓轉(zhuǎn)換為較低的標(biāo)準(zhǔn)電壓，提供給系統(tǒng)中的電氣測量裝置、電能計量裝置、繼電保護(hù)裝置和自動裝置。由于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器（PT）易產(chǎn)生鐵磁諧振，而電容式電壓互感器（CVT）不會與外部元件(開關(guān)斷口電容)形成鐵磁諧振，且具有結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、耐絕緣沖擊強(qiáng)度高、絕緣裕度大等優(yōu)點(diǎn)，在220 kV及以上的高壓系統(tǒng)中廣泛使用。CVT雖與電磁式相比有許多優(yōu)點(diǎn)，但故障率較高，常見的有電容器受潮、部分電容擊穿造成二次電壓異常、油箱異音等。文中將探討由于CVT二次接地不良導(dǎo)致的一起故障，提出了加強(qiáng)保護(hù)柜等二次安全接地的措施及采取的對策。

1故障情況

2010年7月20日下午，某發(fā)電有限公司1號機(jī)組有功功率795 MW，運(yùn)行于500 kV I母線；2號機(jī)組有功功率770 MW，運(yùn)行于500kV II母線；500 kV雙母線正常運(yùn)行方式。17時28分，NCS上“公用測控屏同步測量柜PT/CT斷線”；“公用測控屏光字牌總動作”，“500 kV故障錄波1，2柜及網(wǎng)控同步相量測量柜錄波啟動”等報警發(fā)出。

2故障分析與處理

現(xiàn)場檢查。NCS上第1套母線保護(hù)柜復(fù)合電壓保護(hù)動作；江港5245線、都港5246線、高泰5259線、港興5260線RCS931D保護(hù)起動；高泰5259線ABB561保護(hù)接地選相元件動作；高泰5259線、港興5260線零流保護(hù)正方向啟動等報警發(fā)出，后均復(fù)歸。

檢查港興5260線5052開關(guān)匯控箱時，發(fā)現(xiàn)就地匯控箱中部端子排1個固定螺栓發(fā)熱燒紅，周邊多個螺栓有放電現(xiàn)象，臨時將螺栓緊固則放電現(xiàn)象消失；測量5260線CVT二次三相對地電壓，第一繞組 A，B，C 三相分別為 8.9 V，90.1 V，89.9 V，第二繞組 A，B，C 三相分別為 9.0 V，89.9 V，89.7 V，第三繞組 A，B，C 三相分別為 1.1 V，98.8 V，99.0 V；3 只CVT二次小空開均未跳閘。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，故障時已發(fā)生CVT二次A相單相接地，港興5260線就地匯控箱內(nèi)固定二次電纜槽盒的螺栓有明顯的間隙放電，且該線路CVT A相二次電纜絕緣嚴(yán)重受損（如圖1所示），并有進(jìn)一步惡化趨勢。為防止CVT二次電纜短路造成CVT損壞，立即申請線路轉(zhuǎn)為檢修處理。經(jīng)省調(diào)同意下令1號、2號機(jī)組解列AGC，減負(fù)荷至560 MW；匯報省調(diào)控制高泰5259線及港興5260線潮流；匯報網(wǎng)調(diào)逐步將港興線5052開關(guān)轉(zhuǎn)為檢修，將港興5260線轉(zhuǎn)為檢修。

圖1現(xiàn)場被放電燒灼的導(dǎo)線和槽板

現(xiàn)場初步分析認(rèn)為，由于故障時已發(fā)生CVT二次A相單相接地，但CVT二次空開未跳閘，且B，C相對地二次電壓升高較多，因此可以判定CVT二次中性線Un未能有效接地，可能存在松動等問題。該線路采用無錫日新電機(jī)有限公司生產(chǎn)的CVT，根據(jù)廠家提供的CVT內(nèi)部電氣連接示意圖 （如圖2所示）可知，經(jīng)高壓電容C1分壓后，CVT的一次側(cè)對地電壓可達(dá)13 000 V左右，若Un不接地或接地不可靠，則CVT通過一次、二次之間的耦合電容，可以在二次側(cè)感應(yīng)出高電壓（最高可達(dá)約1 000 V至2 000 V），該工頻耦合電壓會在絕緣薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生對地放電現(xiàn)象?，F(xiàn)場的故障現(xiàn)象與此分析一致。

圖2 CVT內(nèi)部電氣連接示意圖

另外，由于港興5260線CVT二次A相的電纜與緊固二次電纜槽盒的螺栓接觸緊密，存在擠壓，從而造成A相電纜絕緣薄弱，在高壓作用下發(fā)生擊穿，而螺栓與涂刷油漆的支撐鋼架接觸不良，因此在間隙中產(chǎn)生放電現(xiàn)象，且周邊有多個松動的小螺栓與帶電的支撐鋼架間發(fā)生間隙放電。進(jìn)而造成該緊固二次電纜槽盒的螺栓過熱，引起與螺栓直接接觸的CVT二次電纜絕緣進(jìn)一步受損，導(dǎo)致故障現(xiàn)象惡化。

在將線路轉(zhuǎn)為檢修后，拆除了故障螺栓，將絕緣受損的相關(guān)CVT二次電纜進(jìn)行包扎及加強(qiáng)絕緣處理，檢測絕緣合格，同時將所有螺栓及箱體內(nèi)端子排有關(guān)接線和連接片都進(jìn)行了緊固，處理完畢后報網(wǎng)調(diào)申請將港興5260線轉(zhuǎn)為運(yùn)行。港興5260線投運(yùn)后，未再發(fā)現(xiàn)螺栓放電現(xiàn)象。

3故障引發(fā)的建議及思考

3.1幾點(diǎn)建議

（1）進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)測，并對其他同類型端子箱進(jìn)行排查，消除安全隱患。

（2）結(jié)合檢修，檢查線路有關(guān)箱體、保護(hù)柜等二次接地狀況，確?？煽窟B接。

（3）該廠CVT二次小空開型號為C65N/32A，額定電流偏大，所以在二次回路發(fā)生A相單相接地故障時沒有跳閘。根據(jù)該廠的實(shí)際情況，選擇額定電流為6 A或10 A的空開即可。很多時候，由于設(shè)計院過分考慮了小空開電流的層級配合，導(dǎo)致選型過大，不利于故障時小空開及時跳閘。

3.2關(guān)于電壓互感器二次回路接地問題的思考

（1）根據(jù)GB 14285—2006[1]和國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（試行）繼電保護(hù)專業(yè)重點(diǎn)實(shí)施要求的相關(guān)規(guī)定：電壓互感器的二次回路只允許有一點(diǎn)接地，接地點(diǎn)宜設(shè)在控制室內(nèi)。如果是獨(dú)立的，與其他互感器無電聯(lián)系的電壓互感器可以在開關(guān)場，靠近一次設(shè)備的地方一點(diǎn)接地。為保證接地可靠，各電壓互感器的中性線不得接有可能斷開的開關(guān)或熔斷器等。而如果是多回路 （2個以上，如母線PT）公用PT，宜在控制室內(nèi)的公用柜一點(diǎn)接地，必要時，就地的中性點(diǎn)可加裝放電間隙或氧化鋅閥片，但這也是雙刃劍，應(yīng)經(jīng)常維護(hù)檢查，防止發(fā)生電壓二次回路多點(diǎn)接地的現(xiàn)象。

（2）擊穿保險有機(jī)械式和電子式2種，機(jī)械式簡單有效，但擊穿后無法實(shí)現(xiàn)報警功能，而電子式可以實(shí)現(xiàn)報警功能，且整定便捷，是今后的發(fā)展方向。

4相關(guān)的參數(shù)計算

首先，要計算放電間隙或氧化鋅閥片的擊穿電壓峰值，根據(jù)文獻(xiàn)[2]該電壓應(yīng)大于30ImaxV（Imax為電網(wǎng)接地故障時通過變電站的可能最大接地電流有效值，kA），國際大電網(wǎng)會議工作組報告規(guī)定：對于格網(wǎng)式接地系統(tǒng)，當(dāng)回路完全置于變電站地網(wǎng)范圍內(nèi)時，最大的期望橫向電壓（由導(dǎo)線及地網(wǎng)引入回路的電壓）為每1 kA故障電流10 V，即橫向電位差值10 V/1 kA，其擊穿電壓峰值應(yīng)大于30ImaxV，即10×2×Imax≈30Imax，式中的 ■ 2 考慮短路電流中的直流分量（沖擊系數(shù)取2），放電間隙兩端產(chǎn)生的電位差值如圖3所示。

圖3 CVT中性點(diǎn)接入放電間隙后所承受的橫向電位差說明

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，通過變電站接地網(wǎng)的最大短路電流為Imax時，產(chǎn)生的橫向電位差值作用于放電間隙的兩端，因?yàn)榉烹婇g隙和N600的接地點(diǎn)都在升壓站的接地網(wǎng)上，故放電間隙的兩端承受的是橫向電位差值而不是縱向?qū)Φ仉娢弧?/p>

該廠升壓站位于華東電網(wǎng)500 kV主通道上，根據(jù)華東電網(wǎng)2009年度220～500 kV繼電保護(hù)整定方案及調(diào)度運(yùn)行說明中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算：

取 SB=1 000 MV·A，UB=525 kV，則 IB=

式中：SB為系統(tǒng)容量基準(zhǔn)；UB為系統(tǒng)電壓基準(zhǔn)，IB為系統(tǒng)電流基準(zhǔn)。

綜上所述，當(dāng)該升壓站發(fā)生三相直接金屬性接地時最大故障電流 Imax為：1.1×45.047 9=49.55 kA，代入計算式得峰值電壓為：30×49.55=1 486.5 V。

按上述10 V/1 kA進(jìn)行估算，該升壓站最大兩點(diǎn)間的地電位差值約為500 V，而一般的電氣設(shè)備和二次繞組的耐壓值按2 kV、1 min設(shè)計，這樣也不難取到整定擊穿電壓的配合，即放電間隙或氧化鋅閥片的擊穿電壓可直接按該峰值電壓選型。

另外，根據(jù)DL/T 995—2006[3]的規(guī)定：對采用金屬氧化物避雷器接地的電壓互感器的二次回路，需檢查其接線的正確性及金屬氧化物避雷器的工頻放電電壓。定期檢查時可用兆歐表檢驗(yàn)金屬氧化物避雷器的工作狀態(tài)是否正常。一般用1 000 V兆歐表時，金屬氧化物避雷器不應(yīng)擊穿；而用2 500 V兆歐表時，則應(yīng)可靠擊穿。建議該廠將此項檢查工作列入日常定期任務(wù)之中。

5結(jié)束語

通過對該故障處理分析，提出在500 kV升壓站的日常維護(hù)中，應(yīng)充分重視繼電保護(hù)二次回路的接地問題，并定期檢查這些接地點(diǎn)的可靠性和有效性，防止因接地問題造成電壓互感器的二次回路故障，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]GB 14285—2006，繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[2]國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)典型故障分析[M].北京：中國電力出版社，2001.

[3]DL/T 995—2006，繼電保護(hù)和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗(yàn)規(guī)程[S].