電容式電壓互感器故障在線檢定方法

劉建月 張志東 薛趙紅

（1.山西省電力公司技能培訓(xùn)中心（山西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院），太原 030024； 2.山西省電力公司檢修公司，太原 030021；3.華能左權(quán)煤電有限責(zé)任公司，山西 左權(quán) 032600）

近幾年，電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)發(fā)展迅速，諸如電容量和介質(zhì)損耗在線測(cè)量技術(shù)和專家系統(tǒng)故障診斷技術(shù)等。利用電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征量全面地、準(zhǔn)確地對(duì)設(shè)備內(nèi)部絕緣情況進(jìn)行判斷已經(jīng)成為在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。本文提出利用在線參量電壓測(cè)量值對(duì)電容式電壓互感器（CVT）進(jìn)行故障檢測(cè)。

1 電壓測(cè)量值在CVT 故障檢測(cè)中的應(yīng)用

1.1 CVT 故障表征

CVT 上下節(jié)電容內(nèi)部由多個(gè)電容單元元器件串聯(lián)而成。分壓電容利用分壓比，經(jīng)中間變壓器、補(bǔ)償電抗器以及消諧裝置，測(cè)量系統(tǒng)一次側(cè)電壓。當(dāng)CVT 內(nèi)部存在單節(jié)或多節(jié)電容擊穿等絕緣缺陷時(shí)，其故障特征不僅反應(yīng)在電容電流和設(shè)備介質(zhì)損耗上，還將引起二次電壓和一次電壓比k的變化，從而導(dǎo)致CVT 測(cè)量電壓發(fā)生顯著變化，并由此衍生出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法。

1.2 CVT 單節(jié)電容擊穿后故障特征的分析

如圖1所示，令單只電容單元電容量為CN，上、下節(jié)電容分別由N1、N2節(jié)電容單元串聯(lián)組成，則上節(jié)主電容電容量如下。

圖1 CVT 結(jié)構(gòu)示意圖

下節(jié)分壓電容電容量為

從而得到電容分壓?jiǎn)卧坞妷汉鸵淮坞妷罕葹?/p>

令中間變壓器B 二次電壓和一次電壓比為kB，則CVT 的電壓測(cè)量值Uax為

式中，Ux為待測(cè)量電壓。當(dāng)它和中間變壓器變比為恒值時(shí)，電壓測(cè)量值僅和電容分壓?jiǎn)卧姆謮罕瘸烧龋谑欠謮罕鹊淖兓瘜⒅苯芋w現(xiàn)在電壓測(cè)量值的變化上。

1.3 CVT 故障判據(jù)的提出

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，某相電容式電壓互感器的二次輸出電壓，與另兩相CVT 的二次輸出電壓或額定運(yùn)行電壓比較，可能出現(xiàn)偏高或偏低的現(xiàn)象。

1）當(dāng)上節(jié)主電容C1中某n個(gè)電容單元發(fā)生擊穿短路后，其所包含的電容單元個(gè)數(shù)改變?yōu)镹1-n個(gè)，從而電容分壓器二次電壓和一次電壓比變?yōu)?/p>

此時(shí)，分壓比的變化量為

因此，作者提出CVT 故障在線判據(jù)一：僅當(dāng)電容分壓器C1部分出現(xiàn)元件擊穿時(shí)，二次電壓偏高。

2）當(dāng)下節(jié)分壓電容C2中某n個(gè)電容單元發(fā)生擊穿短路后，其所包含的電容單元個(gè)數(shù)改變?yōu)镹2-n個(gè)，從而電容分壓器的二次電壓和一次電壓比變?yōu)?/p>

此時(shí)，分壓比的變化量為

因此，作者提出CVT 故障在線判據(jù)二：僅當(dāng)電容分壓器C2部分出現(xiàn)元件擊穿時(shí)，二次電壓偏低。

3）當(dāng)CVT 擊穿元件個(gè)數(shù)較少時(shí)，二次電壓變化并不明顯，又由于系統(tǒng)電壓本身隨時(shí)間也在不斷變化中，這樣就會(huì)使元件擊穿引起的電壓變化量被湮沒，無(wú)法通過監(jiān)測(cè)二次電壓，直接發(fā)現(xiàn)它的變化情況。

因此，作者提出CVT 故障在線判據(jù)三：當(dāng)CVT運(yùn)行電壓與同一系統(tǒng)其它線路相比較，其相對(duì)比較值有變化時(shí)，可以判斷該CVT 內(nèi)部元件有擊穿等絕緣故障。

2 故障實(shí)例分析

2.1 發(fā)現(xiàn)故障

以500kV 榆社開閉站的榆電一線電容式電壓互感器元件擊穿故障為例，分析故障前后榆社站全天線路電壓值和電壓變化情況。

1）發(fā)現(xiàn)異常

2010年9月，運(yùn)行人員監(jiān)視后臺(tái)在線監(jiān)測(cè)報(bào)表顯示B 相、C 相線路電壓互感器二次電壓持續(xù)偏高。16日，在對(duì)榆社500kV 開閉站榆電一線進(jìn)行例行試驗(yàn)工作中，測(cè)得榆電一線C 相電壓互感器中節(jié)電容器介損為0.289%（超過規(guī)程要求的最大值0.2%），且電容量比原始值增加2.86%。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)榆電一線B 相電壓互感器上節(jié)、中節(jié)電容量增大。初步判斷CVT 介損超標(biāo)、電容量增大有兩種可能：一是部分元件擊穿，使電阻增大，導(dǎo)致介損增大，相應(yīng)的電容量也增大；二是內(nèi)部元件受潮，引起電阻增大而使介損增大、電容量增大。而電壓互感器電容量增大導(dǎo)致其變比減小，所以一次和二次電壓都顯示偏高。

2）返廠解體

2011年1月，該CVT 進(jìn)行返廠解體檢查，分段測(cè)試各節(jié)電容及介損，發(fā)現(xiàn)B 相電壓互感器上節(jié)、中節(jié)和C 相電壓互感器中節(jié)電容量全部超標(biāo)。

進(jìn)一步對(duì)電容量超標(biāo)的C 相中節(jié)、B 相上、中節(jié)進(jìn)行解體檢查，使用火花間隙充放電儀逐個(gè)電容芯子進(jìn)行測(cè)試，施加電壓2kV。經(jīng)過逐一檢查分別發(fā)現(xiàn)C 相中節(jié)有5 個(gè)芯子單元擊穿，B 相中節(jié)有3 個(gè)芯子單元擊穿，B 相上節(jié)有4 個(gè)芯子單元擊穿。

返廠解體結(jié)果表明，當(dāng)電容分壓器C1 部分出現(xiàn)元件擊穿時(shí)，二次電壓偏高。和作者前面提出的CVT 故障在線判據(jù)一致。

2.2 分析故障

為了能及時(shí)發(fā)現(xiàn)CVT 內(nèi)部電容元件發(fā)生擊穿同二次電壓的變化關(guān)系密切，現(xiàn)對(duì)CVT 實(shí)際電壓進(jìn)行分析。表1為后臺(tái)在線監(jiān)測(cè)報(bào)表顯示的故障前、后電壓數(shù)據(jù)和電壓相對(duì)變化表。

1）正常電壓數(shù)據(jù)和電壓相對(duì)變化分析

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，任意選取同一變電站內(nèi)同一電壓等級(jí)一條線路電壓值作為基準(zhǔn)，如本文以晉榆一線電壓值為基準(zhǔn)，繪制其他線路故障前正常電壓和電壓相對(duì)變化曲線圖，如圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可以看出，根據(jù)電壓實(shí)際值的變化曲線，反映不出設(shè)備故障情況。

2）故障后電壓數(shù)據(jù)和電壓相對(duì)變化分析

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，繪制故障后電壓和電壓相對(duì)變化曲線圖，如圖4、圖5所示。

從圖4、圖5中可以看出，故障前后線路電壓值隨時(shí)間變化幅度幾乎一致，發(fā)生CVT 電容元件擊穿故障的榆電一線電壓變化與其他線路電壓變化沒有明顯不同。而采用電壓相對(duì)比較法可以排除系統(tǒng)電壓變化帶來(lái)的影響，這與前面的判據(jù)相吻合。同時(shí)，返廠解體表明，B 相上節(jié)和中節(jié)確實(shí)存在芯子單元擊穿的缺陷。

表1 故障前、后電壓數(shù)據(jù)和電壓相對(duì)變化表

由此可見，電壓測(cè)量值的相對(duì)比較法可以有效、直觀的反映出電壓的細(xì)微變化，從而跟蹤、掌握設(shè)備內(nèi)部故障。

圖2 正常電壓變化曲線

圖3 正常電壓相對(duì)變化曲線

圖4 故障后電壓變化曲線

圖5 故障后電壓相對(duì)變化曲線

3 結(jié)論

1）通過對(duì)CVT 在線監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的分析，提出了利用電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，引入CVT 電壓測(cè)量值，利用相對(duì)比較法，完善現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，其具有顯著優(yōu)勢(shì)：不需加裝設(shè)備，僅在電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中植入判斷分析軟件；測(cè)量值本身不會(huì)遇到其他監(jiān)測(cè)方法很難解決的抗干擾問題。

2）分析表明，利用CVT 電壓測(cè)量值的相對(duì)比較法能夠有效監(jiān)測(cè)CVT 內(nèi)部電容單元擊穿故障。

[1] 朱德恒,嚴(yán)璋,談克雄,等.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].北京: 中國(guó)電力出版社,2009.

[2] 丁濤,陳卓婭,劉忠,等.一起500kV 電容式電壓互感器電壓異常的分析處理[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2010(4).

[3] 王曉輝,趙衛(wèi)華.500kV 電容式電壓互感器二次電壓異 常 狀 況 的 分析與處理[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào),2009(2).