一起500千伏電容式電壓互感器末屏未接地故障分析

摘 要：電容式電壓互感器（CVT）具有電磁式電壓互感器的全部功能，且有著電磁式電壓互感器不可比擬的優(yōu)點：可兼做載波通信使用，不會與斷路器斷口電容產(chǎn)生鐵磁諧振，而且成本相對較低，耐壓水平較高。因此在110kV及以上電壓等級系統(tǒng)中，幾乎已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器。因此，對其運行的安全性要求也越來越高，文章分析了一起500kV母線電容式電壓互感器的漏油事故，說明CVT運行時末端進行接地的重要性。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；末端；未接地；放電

前言

隨著電容式電壓互感器（CVT）在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，其相比于電磁式電壓互感器的優(yōu)勢日益凸顯，除具有監(jiān)視運行電壓外，容式電壓互感器絕緣結(jié)構(gòu)合理，絕緣強度較高。最重要的是它與結(jié)合濾波器一起形成載波高頻通道，將系統(tǒng)中的高頻諧波分量過濾，同時可對線路負(fù)荷電壓進行無功補償。與此同時，對電容式電壓互感器的運行安全性、可靠性關(guān)注也越來越高，尤其是其電容末端未接地時，對設(shè)備和系統(tǒng)的損害越大。

文章將對一起典型電容式電壓互感器末端未接地，導(dǎo)致末端放點事故進行分析，探討保障其安全運行的防范措施，杜絕此類故障再次發(fā)生。

1 故障概況

貴陽供電局500kV某變電站，值班人員在進行日常設(shè)備巡視時，發(fā)現(xiàn)500kV母線電容式電壓互感器端子蓋有油漏出，附近地面鋪面漏出的油，同時發(fā)現(xiàn)CVT油位記已經(jīng)看不見了。值班人員當(dāng)即向調(diào)度報告并將設(shè)備退出運行，對500kV母線A相電容式電壓互感器進行停電檢查。

檢修人員打開二次端子蓋發(fā)現(xiàn)，CVT電容末端未接地。如圖1所示。

圖1 故障時二次接線端子實物圖

初步分析，電容末端N未進行接地，運行中對dn短進行長期放電，導(dǎo)致二次復(fù)合絕緣材料板破裂，中間變壓器中油漏出。

2 狀態(tài)信息收集與數(shù)據(jù)分析

2.1 狀態(tài)信息收集

發(fā)生故障的電容式電壓互感器系桂林電力電容器有限公司生產(chǎn)，型號為TYD4 500/√3-0.005H，其電氣原理圖如圖2所示。

電容式電壓互感器主要由電容分壓器、中壓變壓器、補償電抗器、阻尼器等部分組成，后三部分總稱為電磁單元。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯(lián)電容器組成，瓷套內(nèi)充滿保持0.1MPa正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管平衡不同環(huán)境以保持油壓，電容分壓可用作耦合電容器連接載波裝置。中壓變壓器由裝在密封油箱內(nèi)的變壓器，補償電抗器和阻尼裝置組成，油箱頂部的空間充氮。

因此，電容中的油是密封好的，與中間變壓器之間是分開的，油位記顯示為中間變壓器的油，漏出的也是中間變壓器的油。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 高壓電氣試驗分析

（1）絕緣試驗

試驗人員對主絕緣及二次端子絕緣進行了檢查，尤其是發(fā)生放電漏油的N端和dn端之間，試驗數(shù)據(jù)如表1（試驗電壓1000V）。

表1 絕緣電阻測試

一次主絕緣良好，及電容極間絕緣良好。從二次端子絕緣試驗可以發(fā)現(xiàn)，N端與dn端之間已經(jīng)沒有絕緣，及兩個端子通過放電路線發(fā)現(xiàn)連通。

（2）電容量及介質(zhì)損耗測試

通過對設(shè)備進行的電容量及介質(zhì)損耗角正切值進行測試，并與以往試驗數(shù)據(jù)進行對比，如圖3所示。

圖3電容量與δ%值對比圖

通過對比可以發(fā)現(xiàn)，故障前后電容量及介質(zhì)損耗角正切值都沒有明顯變化，都在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》（Q/CSG 114002-2011）的要求范圍內(nèi)，而且電容極間絕緣良好，可初步判斷，電容器內(nèi)部不存在放電損壞。

（3）變比極性測試

試驗人員對CVT進行變比測試，發(fā)現(xiàn)變比誤差都在2%范圍內(nèi)，符合規(guī)程要求，同時極性檢查也是正常的，說明中間變壓器二次之間沒有發(fā)生斷線或損壞。

2.2.2 油化試驗數(shù)據(jù)分析

由于CVT端子排外部有放電痕跡，為檢查內(nèi)部是否存在放電，試驗人員對中間變壓器取油進行試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 油化試驗數(shù)據(jù)

油化試驗結(jié)果顯示，油中不存在乙炔，其他氣體組分也都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，所以可以判斷，中間變壓器內(nèi)部不存在放電現(xiàn)象。與前面高壓試驗結(jié)果相吻合，及電容量和介質(zhì)損耗值合格，變比和極性合格。

3 末端放電過程分析

通過高壓電氣試驗結(jié)果及油化試驗結(jié)果分析，可以判斷該電容式電壓互感器故障放電點在二次端子排外部，即電容末端N與剩余繞組的dn端之間，而電容及中間變壓器內(nèi)部均沒有發(fā)生放CVT原理圖如圖4所示。

圖4 電氣原理圖

根據(jù)廠家要求，在N端不作載波通訊時必須接地，否則會在N端產(chǎn)生高壓?，F(xiàn)分析當(dāng)N端不接地的所產(chǎn)生的懸浮電壓。此時在N端與地之間相當(dāng)于串入一個電容，如圖5所示。

圖5 末端不接地時等效原理圖

其中C為C1 、C2 、C41串聯(lián)，根據(jù)銘牌計算可得

C=14500//14670//19370=5297.8PF，

C2=98980PF

而CX為N端未接地時的等效電容，根據(jù)電容計算公式？著S/4？仔kd，由于N端對地的距離較大（約1厘米），而面積S很小（小于0.5平方厘米），因此等效串入的CX值很小，可計算出CX小于1000PF。CX<

在運行狀態(tài)下，電容式電壓互感器頂端對地的電壓值約為288.675kV，由于串聯(lián)回路中，電壓分布與電容值成反比，因此運行電壓主要分布在CX上，即電容末端N對地的懸浮電位U。

可估算出U>200KV，當(dāng)如此高的電壓施加到N端上時，易對周圍端子發(fā)生放電。由于接線板為2厘米左右厚的復(fù)合絕緣材料，介質(zhì)相對均勻，絕緣主要靠接線板表面的空氣。當(dāng)如此高的電壓施加在N端時，極易對最近的端子dn端放電，而且如此高的電壓會使絕緣板表面發(fā)生電擊穿（廠家出廠報告：在電容低壓端對地之間施加工頻10kV電壓，一分鐘通過）。電擊穿發(fā)生的時間特別短，通常不到一秒，而且可以從現(xiàn)場的端子上可以看到明顯的放電路線，如圖6所示。

圖6 端子上的放電路線

因此，可以判斷，在此案例中，當(dāng)末端未接地投入運行的瞬間，N端產(chǎn)生高壓，使N端子牌對距其最近的dn端子發(fā)生放電，并在兩者之間迅速形成導(dǎo)電通道，使兩者之間的絕緣完全遭到破壞（因此后來做絕緣試驗時兩者之間絕緣為0），由于在復(fù)合絕緣板表面長期放電，并有電流通過，使得絕緣板發(fā)熱，并最終導(dǎo)致絕緣板燒壞破裂，使絕緣板后面的中間變壓器油漏出來，試驗人員通過拆解絕緣二次板后，發(fā)現(xiàn)在圖6放電路線后面有絕緣板的破裂痕跡，如圖7所示。

圖7 拆解接線板后在內(nèi)部發(fā)行的漏油裂痕

從內(nèi)部接線板可以看到，在內(nèi)部由于有絕緣油浸泡，在N端與dn端之間的絕緣水平很高，比外部靠空氣絕緣的表面強度大很多，因此放電最先發(fā)生在絕緣板外部，而內(nèi)部沒有發(fā)生放電。

由于值班人員在發(fā)現(xiàn)漏油后，及時將設(shè)備退出運行，使放電漏油對設(shè)備的損壞限制在二次端子板破裂上，并沒有對中間變壓器和分壓電容造成損壞，而且在內(nèi)部還沒有發(fā)生放電現(xiàn)象。

4 原因及危害

電容式電壓互感器末屏未接地是造成該事故的直接原因。按照廠家要求，當(dāng)電容末端N不作載波裝置用時，必須與XL端一起接地。當(dāng)電容式電壓互感器末端未進行接地時，在投入的瞬間，會在N端上產(chǎn)生懸浮高壓，在懸浮高壓的作用下會對周圍最近接線端子發(fā)生電擊穿，導(dǎo)致絕緣板漏油，如果進一步發(fā)展，當(dāng)中間變壓器油漏完之后，會導(dǎo)致內(nèi)壁空腔放電，產(chǎn)生大量氣體，發(fā)生設(shè)備燃燒或者爆炸，甚至可能導(dǎo)致電網(wǎng)解列。

5 防范措施

通過文章對電容式電壓互感器末端放電分析，造成放電的原因主要是施工后未將末屏接地端進行恢復(fù)，導(dǎo)致絕緣板擊穿破裂漏油。因此，為防止此類事故再次發(fā)生，應(yīng)加強以下幾方面的措施。

（1） 加強施工安裝、試驗、檢修等工作人員的技術(shù)水平和工作管理。因為安裝、試驗、檢修工作人員都會對CVT二次接線板進行拆解，因此這些工作人員必須要加強業(yè)務(wù)技術(shù)水平和工作態(tài)度，防止在工作中出現(xiàn)拆解后為進行恢復(fù)。（2）加強驗收工作管理，不管是在什么工作后，值班人員在進行現(xiàn)場驗收時，一定要對工作人員觸碰過的設(shè)備進行驗收，檢查時候恢復(fù)到工作前狀態(tài)。（3）在本案例中，在末端未接地的情況下投入運行，由于電擊穿時間很對，一般在0.1秒內(nèi)，因此二次監(jiān)視電壓未發(fā)現(xiàn)有異常情況，導(dǎo)致最后設(shè)備漏油。說明在發(fā)現(xiàn)此類故障方面，還存在一定的盲區(qū)。

參考文獻

[1]趙智大.高電壓技術(shù)（第二版）[D].浙江大學(xué)，2006.

[2]陳天翔，王寅仲，海世杰.電氣試驗（第二版）[M].中國電力出版社，2008.

[3]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司. Q/CSG 114002-2011.電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程[S].2011.

[4]凌子恕.高壓互感器技術(shù)手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[5]陳化剛. 電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

作者簡介：周林波（1988-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，主要研究方向：高電壓技術(shù)。