一起典型的變電站CVT二次電壓異常分析

摘? ?要：CVT（電容式電壓互感器）二次電壓異常是變電站運行過程中時常發(fā)生的故障之一，輕則引起保護(hù)裝置告警，重則引起主設(shè)備跳閘，本文結(jié)合山西某變電站2018年某時主變過激磁告警異常和大量真實數(shù)據(jù)開展分析，給出了CVT二次回路故障時的主要表現(xiàn)特征和異常的內(nèi)在原因，并進(jìn)行了計算分析和數(shù)值仿真，還原了事故過程，同時結(jié)合實際運行經(jīng)驗給出參考建議。

關(guān)鍵詞：變電站? CVT? 二次電壓? 異常

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0016-06

變電站電壓互感器二次線路故障是一類常見的故障，輕則引起保護(hù)裝置告警，重則引起主設(shè)備跳閘，文獻(xiàn)[1-2]對電流互感器故障進(jìn)行分析，文獻(xiàn)[3-4]對電壓互感器故障進(jìn)行綜合分析，文獻(xiàn)[5]開展基于ATP-EMTP對CVT進(jìn)行深入分析，并得出了理想的故障特征波形。以上文獻(xiàn)主要是對主體故障缺陷引起問題進(jìn)行深入分析，但是對二次線路引起的問題的機(jī)理分析較為簡略。本文結(jié)合大量真實數(shù)據(jù)，分析了異常的內(nèi)在原因和外部電壓電流特征，并提出了運維建議，具有實際參考意義。

1? 電壓異常過程描述

2018年某時某變電站后臺告警窗報，李國寶（1963-），男，山西忻州人，1984年畢業(yè)于太原工學(xué)院發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)，1998級華北電力大學(xué)電氣工程專業(yè)在讀工程碩士研究生，高級工程師，從事工程建設(shè)管理，安全監(jiān)察應(yīng)急管理等工作?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)第一套主變保護(hù)SGT-756過激磁發(fā)信燈亮，A相電壓53.32V，B相電壓72.42V，C相電壓58.26V;第二套主變保護(hù)PCS-978G報警燈亮，A相電壓74.36V，B相電壓29.31V，C相電壓66.36V，零序電壓69.43V，負(fù)序電壓4.18V;

1號主變故錄裝置顯示：1號主變高壓側(cè)A相電壓53.53V，B相電壓72.558V，C相電壓58.35V，3倍零序電壓6.851V，正序電壓61.071V，負(fù)序電壓1.382V，3倍零序電壓10.66V;

1號主變高壓側(cè)測控顯示：A相電壓53.648V，B相電壓72.33V，C相電壓58.64V;

現(xiàn)場檢查一次設(shè)備1號主變電壓互感器外觀未見異常，未發(fā)現(xiàn)異常聲響和氣味，觀測互感器電磁單元油箱油位A相1/2格，B相1/2格，C相1/2格;紅外測溫三相溫度均為4℃，無差異，環(huán)境溫度2℃。

2? 設(shè)備參數(shù)

某變電站1號主變CVT其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3? 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

異常發(fā)生后2小時，依令退出1號組變雙套電壓后備保護(hù)后，對1號主變電壓互感器端子箱進(jìn)行檢查，一次刀閘1K、2K，二次空開1XDL、2XDL、3XDL、4XDL均為合位，二次端子線、短聯(lián)片無松動。對1號主變電壓互感器端子箱電壓回路的測量電壓值見表2。

對主變電壓互感器轉(zhuǎn)接柜電壓回路進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表3。

對1B-N600進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)見表4。

對1號主變電壓互感器電磁單元油箱進(jìn)行紅外測溫，結(jié)果如表5。

根據(jù)二次電纜查找排除情況看，在對電壓互感器端子箱至1號主變CVT之間的電纜絕緣測試，如表6所示。現(xiàn)場逐一斷開PT二次空開檢查發(fā)現(xiàn)電壓仍未恢復(fù)。

4? 異常數(shù)據(jù)分析

4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

（1）由轉(zhuǎn)接柜的二次電壓測量結(jié)果，如表2所示，與SGT-756、PCS-978G兩套主變保護(hù)的電壓測量結(jié)果一致，表明兩套主變保護(hù)測量功能正常。同時網(wǎng)上電壓并無異常，表明電壓測量單元及線路存在問題。

（2）在轉(zhuǎn)接柜及端子箱處測量的電壓不一致（表2和表3），表明線纜存在問題或者CVT存在問題。

（3）表6中的絕緣測試數(shù)據(jù)表明，二線繞圈存在短接問題?？赏茰y如圖1所示，2號及3號線圈存在短路情況?？梢姺绞揭缓头绞蕉煞N方式任意組合方式均可滿足表6中的測試數(shù)據(jù)。如果方式一存在，則主變保護(hù)一套及主變二套的B相電壓則應(yīng)相同，通過觀察表3，可排除方式一的可能性。若是方式二，則相當(dāng)于2號線圈及三號線圈的中性線相接，所有電壓應(yīng)變化不大，顯然不能成立。若是方式三，則相當(dāng)于3號線圈對中性線短路，產(chǎn)生大電流。如是方式四，2號線圈短路，第一套保護(hù)測量到地B相電壓應(yīng)降低較大幅度，與表3不符，可排除。從表5的紅外數(shù)據(jù)來看，電磁單元存在明顯發(fā)熱情況，方式三短接的可能性極大。且現(xiàn)場逐一斷開PT二次空開檢查發(fā)現(xiàn)電壓仍未恢復(fù)，空開不動作，表明短接位置應(yīng)位于端子箱之前。

（4）如果是方式三，二次電壓應(yīng)出現(xiàn)以下情況的變化，如圖2所示。由于端子箱前的電纜長度約為70米，轉(zhuǎn)接柜與端子箱的距離約為250米，電纜每芯截面6平方毫米，線路電阻不能忽略。

由上圖可知，B相CVT的三號線圈相當(dāng)于通過小電阻對地連接，形成較大電流，于是在兩根中性線上產(chǎn)生壓降，即 和 兩根中性線上，由于二號繞組被測量裝置和第一套保護(hù)裝置共用，因此 中性線為雙根并聯(lián)，其阻抗理論上只有 阻抗的一半，電流相同情況下， 上的壓降應(yīng)為 上的一半，實測 為13.58V， 上為27.43V，與分析一致。

根據(jù)電壓回路定律，B相CVT二號繞組回路電壓應(yīng)為58.2V+13.58V=71.78V，與實測值72.6V相差不大。原三號線圈回路容量僅為15VA，因此電壓被拉低，第二套保護(hù)裝置的電壓應(yīng)為比 上的電壓27.43V大一些，由于線圈內(nèi)阻較小，接線盒到端子箱電纜不長，因此不應(yīng)比27.43V大太多，實測28.38V，與分析一致。

A、C相CVT三號繞組電壓由于中性點電壓向電壓B的方向偏移27.43V，但是對于A、C相CVT三號繞組回路來說，此電壓是反向的。則可由下圖計算：

（1）

則有

（2）

與測量值74.4V相差不大。

同理，有：

（3）

則有

（4）

測量值為67V，相差8.9V，差異較大。推測在電纜芯中存在較大電流，且不對稱，存在電磁耦合，即電壓不對稱現(xiàn)象造成測量偏差8V左右，同時其它電壓也有所偏差。（這一現(xiàn)象在電力電纜中很常見，因此需要定距離換相，保證電壓對稱）。

簡化考慮，在電力仿真軟件中進(jìn)行模擬，僅考慮電磁的直阻和小電抗，完全不考慮線路電磁耦合影響，如圖4所示。從圖中可見，仿真結(jié)果與分析一致，而C相CVT三號繞組回路電壓相差較大。

綜上，問題已非常明顯?，F(xiàn)場先排查具體故障點位置，需要設(shè)備轉(zhuǎn)檢修，斷CVT端子箱至電磁單元間的二次電纜，分別對引出二次電纜和CVT的電磁單元線圈進(jìn)行試驗檢查。

同時B相CVT電磁單元存在明顯溫升表明內(nèi)部有大電流通過，應(yīng)開展變比、直阻、絕緣測試、介損測量等現(xiàn)場檢測工作，并與出廠值進(jìn)行比較（現(xiàn)場溫度較低零下15度左右，注意溫度折算），保證CVT本體安全。

4.2 保護(hù)動作情況分析

（1）監(jiān)控及保護(hù)設(shè)備信息

根據(jù)監(jiān)控后臺告警信息及現(xiàn)場查看裝置告警報文，確認(rèn)兩套主變保護(hù)均發(fā)出PT異常告警，零序電壓越限，只有第一套主變保護(hù)SGT-756過激磁告警動作; 第二套主變保護(hù)PCS-978G未發(fā)出過激磁告警。

（2）過激磁及保護(hù)原理

過激磁是反應(yīng)大型變壓器因為電壓升高或頻率下降，使變壓器工作在磁密飽和段，導(dǎo)致變壓器勵磁電流增大，引發(fā)變壓器發(fā)熱嚴(yán)重而損壞。電壓升高或頻率下降會使變壓器工作磁密增加，導(dǎo)致變壓器勵磁電流增加，特別是鐵心飽和后，勵磁電流急劇增加，會造成變壓器過勵磁，使鐵損增加，鐵芯溫度升高;漏磁增加，會導(dǎo)致繞組導(dǎo)線、構(gòu)件等產(chǎn)生渦流損耗、發(fā)熱，絕緣性能下降等問題。大型變壓器根據(jù)設(shè)計特點，運行在磁飽和附近區(qū)域，因此要求裝設(shè)過激磁保護(hù)。

過激磁保護(hù)采用電壓的標(biāo)幺值與頻率的標(biāo)幺值之比進(jìn)行計算，設(shè)置1段定時限告警，7段反時限跳閘，級差0.05，動作出口為三相與的關(guān)系（即不考慮單相過激磁），采用正序電壓值計算。過激磁基準(zhǔn)電壓為60.62V，依據(jù)主變高壓側(cè)額定運行電壓計算，1號主變高壓側(cè)額定525千伏，PT額定500千伏，折算到二次值為60.62V，即57.735V的1.05倍?？紤]到系統(tǒng)頻率變化概率不大，因此過激磁保護(hù)一般形式上成為過電壓保護(hù)。

（3）保護(hù)動作行為分析

查閱兩套保護(hù)裝置定值單（見圖5），告警段定值為1.1pu（66.68V），延時60s動作，跳閘第一段定值為1.1pu，延時6000s動作， 據(jù)過激磁保護(hù)采用正序電壓值計算的原理，第一套主變保護(hù)SGT-756計算值達(dá)到告警延時，發(fā)出告警信號，但數(shù)值處于定值邊界，動作時斷時續(xù)，持續(xù)時間小于動作延時，導(dǎo)致保護(hù)未出口跳閘;第二套主變保護(hù)PCS-978G，計算值未到達(dá)告警值，故未動作。因此保護(hù)裝置動作情況正常。

5? 現(xiàn)場檢查

2018年某日8：00-1月5日18：00，現(xiàn)場人員對1號主變CVT開展現(xiàn)場檢測工作，檢測結(jié)果見附件1。從數(shù)據(jù)上來看：

（1）從A、B、C相CVT二次接線盒斷開外部引出電纜到端子箱部分進(jìn)行對地和電纜間絕緣檢查，AC相電纜均大于1GΩ，B相線纜測量值與站內(nèi)人員測試結(jié)果一致。端子箱到轉(zhuǎn)接柜間線纜絕緣1GΩ，檢查未見異常。二次電壓轉(zhuǎn)線柜與測量柜、保護(hù)柜線纜測試絕緣大于1GΩ，檢查未見異常。

（2）對A、B、C相CVT進(jìn)行檢查。電容分壓器電容值及介損因數(shù)一致，并與出廠值一致，未見異常。電磁單元各繞組直流電阻測量，未見異常。變比極性測量三相未發(fā)現(xiàn)異常。

（3）對開挖的ZB-KVVP2-22 10X6電纜檢測發(fā)現(xiàn)短接點，處于B相CVT電磁單元接線盒正下方水平段1米左右位置。由圖中可見電纜有嚴(yán)重破損現(xiàn)象，線芯明顯破壞并外露。

6? 結(jié)論

綜合以上分析，可見：

（1）現(xiàn)場檢查結(jié)果與分析一致，電纜存在短接點，位置判斷基本正確，電壓異?，F(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析一致。

（2）從電纜破損處的表面來看，損傷應(yīng)為投運前形成。由于是鎧裝電纜，其受到較大的破壞力，可能是在拖拉電纜過程或此之前形成此問題。施工驗收時未及時發(fā)現(xiàn)此問題。

（3）由于是舊傷，投運近一年后發(fā)現(xiàn)此問題，說明電纜存在形變情況，導(dǎo)致芯線破損處聯(lián)接。推測為最近天氣寒冷，形成凍土，地層變化，同時存在凝露結(jié)冰現(xiàn)象，導(dǎo)致芯線進(jìn)一步變形，絕緣電阻明顯變化。

（4）由現(xiàn)場檢測情況來看，CVT本體各項數(shù)據(jù)均與出廠數(shù)據(jù)無明顯異常。由于異常發(fā)生時環(huán)境溫度較低，散熱條件好，CVT本體損傷的可能性較小。

建議：

（1）開展同類電纜的檢查工作，檢測電纜彎曲處曲率半徑是否滿足要求，絕緣電阻是否正常，建議結(jié)合綜合檢修工作，開展同二次電纜的技術(shù)監(jiān)督工作。

（2）強(qiáng)化基建過程中二次電纜的驗收和檢查工作，強(qiáng)化施工前后電纜的外觀檢查、安裝質(zhì)量、絕緣測試等工作。

（3）由于常規(guī)手段已不能發(fā)現(xiàn)此類問題，建議采用新技術(shù)檢查二次電纜的安裝質(zhì)量問題。

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