一起電容式電壓互感器3U0越線告警缺陷分析及處理

郭 曉，周 剛，李銳鋒，田燁杰

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000）

由于電容式電壓互感器（CVT）具有耐電強(qiáng)度高、絕緣裕度大，且在運(yùn)行中能抑制鐵磁諧振，同時可以搭載通信信號，在測量、保護(hù)及遙控等方面有積極作用，因此在35 kV 及以上的電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用[1]。本文通過對一起220 kV 母線電容式電壓互感器故障的現(xiàn)場進(jìn)行分析，剖析了CVT的基本結(jié)構(gòu)、工作原理，進(jìn)一步分析歸納了CVT在運(yùn)行中常見的故障類型及預(yù)防措施，同時分析了一般對于CVT 檢測過程,通過案例分析了故障原因、故障類型，并針對性提出了處理情況以及預(yù)防這些故障的措施和建議。

1 事件概況

監(jiān)控發(fā)現(xiàn)某220 kV 副母壓變3U0告警，告警電壓2.7 V。三相電壓：A 相132.87 V，B 相131.71 V，C相135.83 V。C相電壓偏高，初步懷疑上節(jié)電容存在局部擊穿，計(jì)劃結(jié)合綜合檢修進(jìn)行檢查。

2 設(shè)備情況

現(xiàn)場檢查表明CVT及其他裝置仍處于正常運(yùn)行狀態(tài)。具體參數(shù)為：某220 kV 副母線電壓互感器，型號為TYD3-220/ 3-0.01H，出廠時間為2009 年7月1日，投運(yùn)時間為2010年6月29日，并且上次檢修時間為2016年4月30日。

3 檢查分析與處理情況

2021年4月30日對某220 kV副母線電壓互感器進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下所示（試驗(yàn)溫度：28 ℃；試驗(yàn)濕度：35%）。

3.1 絕緣電阻試驗(yàn)情況

從表1 可以看出，絕緣電阻沒有明顯變化，因此電磁單元內(nèi)部各部件絕緣電阻正常。

表1 絕緣電阻試驗(yàn)情況

3.2 損耗與電容量試驗(yàn)情況

表3 變壓比檢測

從介質(zhì)損耗與電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，C 相耦合電容C11（上節(jié)）的介質(zhì)損耗tgδ和電容量變化均不符合標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW1168—2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中第5.6.1.1中規(guī)定的CVT巡檢及例行試驗(yàn)項(xiàng)目中“電容式電壓互感器的電容量初值差應(yīng)不超過±2%（警示值）；介質(zhì)損耗因數(shù)≤0.0025（膜紙復(fù)合）（注意值）”的規(guī)定，因此基本可確定該電容單元絕緣出現(xiàn)明顯劣化現(xiàn)象。

4 故障原因分析

4.1 CVT的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1 所示，220 kV 電路中的CVT 主要由電容分壓器和其他電磁單元組成（包含補(bǔ)償電抗器L、中間變壓器T及阻尼裝置等），電容分壓器又包括高壓電容器C1（包含上節(jié)C11和下節(jié)C12）和中壓電容器C2。

圖1 220 kV CVT結(jié)構(gòu)示意圖

二次側(cè)的電壓值須要由電容分壓器的分壓比KU進(jìn)行計(jì)算。

式中：C11為耦合電容（上節(jié)）；C12為耦合電容（下節(jié)）；C2為分壓電容（下節(jié)）。其中U1為高低壓端子之間的電壓差，U2為中壓端子上所加的電壓。二次繞組的電壓可以通過U2與中間變壓器的變比的比值得到。

4.2 電容式電壓互感器（CVT）常見的故障類型分析

在實(shí)際運(yùn)行中，CVT的常見故障類型一般分為以下幾種。

4.2.1 過熱故障

CVT的過熱故障也是在運(yùn)行中較為常見的故障之一，如當(dāng)流過CVT的電流過大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)引起局部過熱，當(dāng)溫度長時間明顯高于環(huán)境溫度時，稱之為過熱，從而引起熱老化，而長時間的過熱如不能及時冷卻即會產(chǎn)生燒毀，嚴(yán)重者還可能產(chǎn)生爆炸，影響電網(wǎng)的安全[2]。而預(yù)防故障的方法就是定期利用紅外測溫裝置對設(shè)備進(jìn)行檢測，同時密切關(guān)注是否有過熱引起燒蝕的跡象，定期進(jìn)行維護(hù)。

4.2.2 局部放電故障

CVT的局部放電故障主要原因一般CVT組件受潮或者不完全真空引起，受潮會引起局部凝結(jié)水汽，由于水汽導(dǎo)電性，在高電場下產(chǎn)生局放[3]；而如密封不嚴(yán)會使外界的雜質(zhì)陸續(xù)進(jìn)入元件內(nèi)，長時間引起局部放電。因此，如要預(yù)防局部放電故障就要通過定期測量絕緣電阻和介質(zhì)損耗，一旦發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)第一時間進(jìn)行維護(hù)。

4.2.3 絕緣老化故障

常年運(yùn)行于較為惡劣的環(huán)境中，如高溫、污染嚴(yán)重等，會加速設(shè)備的壽命老化，使設(shè)備的性能提前降低，因此在選擇設(shè)備時也要根據(jù)環(huán)境的條件來選擇，同時巡檢的周期也要根據(jù)環(huán)境適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

4.2.4 產(chǎn)品質(zhì)量引起的故障

在實(shí)際工程中產(chǎn)品的廠家、批次的差異，很可能出現(xiàn)有一些質(zhì)量不過關(guān)的產(chǎn)品，也有的元件是因維護(hù)而更換的，更換產(chǎn)品與原產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)也有一定差異而引起故障。為了避免此類故障，須在施工時對質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，進(jìn)行充分的試驗(yàn)。同時對出現(xiàn)故障的元件批次進(jìn)行跟蹤，避免出現(xiàn)同類故障，做到超前防范。

4.3 電容式電壓互感器（CVT）的故障檢測方法

在對CVT進(jìn)行檢測試驗(yàn)時，一般要經(jīng)過如圖2所示的步驟：

檢測外觀時一般須對CVT金屬件外露表面的防腐蝕層涂層進(jìn)行檢查，保證瓷套的完好性，然后須進(jìn)一步檢查元件的密封和焊接情況，避免出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。已知的影響絕緣電阻測量的因素有：濕度、溫度、表面臟污和受潮、被測設(shè)備剩余電荷、兆歐表容量的影響[4]。通過測量電容值和損耗tgδ可以有效對CVT的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。

經(jīng)現(xiàn)場檢查與試驗(yàn)，如圖1 所示，當(dāng)C相耦合電容C11增大時，電容式電壓互感器分壓比KU=由出廠時的6.37 下降為6.22，減少為出廠時的97.6%。當(dāng)中間變壓器變比未發(fā)生改變時，C 相電容器一次端子對二次端子的變比K也將下降為正常狀態(tài)的97.6%左右。由試驗(yàn)結(jié)果可知，AB 相一次對dadn 的變比均在1250 左右，因此C 相電容器未出現(xiàn)絕緣層擊穿前，其一次對dadn 的變比也應(yīng)在1250 左右。當(dāng)出現(xiàn)絕緣層擊穿后，C 相一次對dadn 的變比變?yōu)?250×97.6%=1220，該值與C相實(shí)測值1220吻合。另外，從三相變比看，當(dāng)C相變比變?yōu)?220后，考慮變比測量誤差和三相相角誤差，2.48 V與告警值2.6 V基本吻合。

綜上，此次220 kV 副母線3U0越限報(bào)警的原因?yàn)镃相耦合電容C11（上節(jié)）絕緣劣化，使電容量增加。電容量的變化引起了電容器分壓比的變化，從而三相電壓不平衡量增大，進(jìn)而導(dǎo)致C 相壓變變比誤差增大，最終引起3U0越限報(bào)警。后期，對三相電壓互感器進(jìn)行了整體更換，更換后3U0越限報(bào)警消除?，F(xiàn)場對C相耦合電容C11（上節(jié)）進(jìn)行了多次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果基本一致，考慮其電容量和介質(zhì)損耗均超過規(guī)程要求，懷疑其為電容元件層間絕緣存在擊穿現(xiàn)象。

5 后續(xù)措施

經(jīng)現(xiàn)場檢查與試驗(yàn)，可以看出：

3U0越限報(bào)警雖已消除，但導(dǎo)致C 相耦合電容C11（上節(jié)）絕緣劣化的原因尚未明確，可能是由于產(chǎn)品本身質(zhì)量的原因，建議對該批次電壓互感器加強(qiáng)關(guān)注，重點(diǎn)排查，尤其是介質(zhì)損耗或電容量增長較快或試驗(yàn)數(shù)值已經(jīng)較大的設(shè)備，同時要及時整理完整的設(shè)備缺陷報(bào)告，指導(dǎo)以后工作的開展。

須查看元件投運(yùn)的時間，如長期運(yùn)行，可能是絕緣老化，同時須進(jìn)一步開展絕緣油試驗(yàn)并返廠解體檢查，以確認(rèn)該絕緣劣化的最終誘因。

6 結(jié)束語

隨著電容式電壓互感器在中高壓電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，統(tǒng)計(jì)表明其出現(xiàn)故障量也隨之增加，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)證明，CVT 的故障一般與其結(jié)構(gòu)原理、工藝質(zhì)量、日常維護(hù)頻率有密切關(guān)系。本文通過分析研究某220 kV 變電站的電容式電壓互感器3U0越線告警缺陷，分析得出告警的原因?yàn)轳詈想娙萁^緣劣化引起的。除此以外，通過分析其他事故案例均存在此類問題。因此須不斷加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和定期檢測。在以后的CVT驗(yàn)收中將此項(xiàng)作為一個重要標(biāo)準(zhǔn)，從而避免此類型異常再次出現(xiàn)，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。