運(yùn)行中電容式電壓互感器二次電壓異常情況分析與處理

劉 勇，陳正強(qiáng)，曹慶洲，譚 樂(lè)

（深圳供電局有限公司，廣東深圳 518000）

電容式電壓互感器是變電站的重要設(shè)備，其主要功能是測(cè)量系統(tǒng)電壓，對(duì)計(jì)量、繼電保護(hù)、避雷器帶電測(cè)試等具有重要作用[1]。其常見(jiàn)缺陷為異常發(fā)熱、二次電壓異常，分析原因，主要有以下幾種：介損偏大、電容量變化、中間變壓器元器件故障等。如何有效掌握其狀態(tài)對(duì)于變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要[2]。

目前針對(duì)電容式電壓互感器的周期性試驗(yàn)項(xiàng)目主要是帶電進(jìn)行紅外和紫外檢測(cè)，停電開(kāi)展絕緣電阻測(cè)試和介損電容量測(cè)試，部分地區(qū)推行了帶電監(jiān)測(cè)介損和電容量，這對(duì)于防范電容式電壓互感器的常見(jiàn)缺陷可起到有效的作用[3]。

然而，2022年接連發(fā)生的幾起電容式電壓互感器二次電壓異常事件，卻顯示出僅依靠常規(guī)檢測(cè)手段，并不能及時(shí)有效地檢測(cè)出設(shè)備缺陷，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了隱患。

文章對(duì)某變電站近期出現(xiàn)的電容式電壓互感器二次電壓異常事件進(jìn)行了分析，準(zhǔn)確判斷出產(chǎn)生異常的原因，并論證了二次電壓在線監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的作用。

1 二次電壓異常情況分析

1.1 運(yùn)行中二次電壓不平衡

2022年3月8日，通過(guò)監(jiān)屏發(fā)現(xiàn)某變電站112 PT后臺(tái)電壓顯示異常，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，AB 相二次電壓約為58.2 V，C 相二次電壓約為57 V，C 相二次電壓比AB 相偏低，差值約為1.2 V。后經(jīng)多次跟蹤測(cè)量，差值穩(wěn)定在1.2 V 左右。

該電容式電壓互感器工作原理如圖1所示，一次電壓經(jīng)過(guò)電容單元降壓，再經(jīng)過(guò)中間變壓器降壓，最終得到二次電壓。

圖1 電容式電壓互感器原理

其中，電容分壓?jiǎn)卧儽菿=1+C2/C1。

2022 年3 月26 日，試驗(yàn)部組織人員 對(duì)112 PT 開(kāi)展了停電診斷性試驗(yàn)，結(jié)果如下。

（1）電容量測(cè)量。電容量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，經(jīng)對(duì)比對(duì)2017年2月15日試驗(yàn)記錄發(fā)現(xiàn)，C 相C2單元電容量增大2.65%，已經(jīng)達(dá)到了規(guī)程要求的注意值（2%），但還未超出合格范圍。根據(jù)電容量計(jì)算，K=1+C2/C1，C2增大，變比K增大，二次電壓降低。經(jīng)計(jì)算，相比于2017年2月15日試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本次變比增大約1.44%，二次電壓降低約1.42%，與二次電壓測(cè)量結(jié)果較為吻合。

表1 112 PT電容量測(cè)試結(jié)果

（2）變比測(cè)量。變比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2，C 相變比相比額定值偏大，相比AB 相也偏大，增大百分比與電容量測(cè)試結(jié)果較為相符，基本可判斷C 相二次電壓異常是由C 相C2電容單元內(nèi)部故障引起。

表2 112 PT變比測(cè)試結(jié)果

此外，該112 PT 絕緣電阻、介損、二次繞組直流電阻等其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，無(wú)明顯異常。

1.2 投運(yùn)時(shí)二次電壓發(fā)生變化

2022 年9 月13 日，同一變電站111 PT 預(yù)試完成后送電，送電后二次電壓不平衡，保護(hù)和計(jì)量組電壓如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C 相59.3 V，B 相二次電壓比AC 相偏低，AB 差值約為1.3 V，BC 相差值約為1.7 V。后經(jīng)多次跟蹤測(cè)量，差值穩(wěn)定。

2022 年9 月13 日，試驗(yàn)班組對(duì)111 PT 開(kāi)展正常停電預(yù)試，電容量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。本次試驗(yàn)，ABC三相總電容量與銘牌值接近，最大偏差僅為–0.12%，與2017 年試驗(yàn)結(jié)果相比，每個(gè)電容單元的偏差均在–0.61%～–0.73%，考慮是不同測(cè)試儀器間的誤差引起。試驗(yàn)結(jié)果合格。

表3 111 PT 電容量測(cè)試結(jié)果

2022年9月13日晚送電后，二次電壓不平衡，保護(hù)和計(jì)量組電壓如下：A 相58.9 V，B 相57.6 V，C相59.3 V，B 相二次電壓比AC 相偏低，AB 差值約為1.3 V，BC 相差值約為1.7 V。后經(jīng)多次跟蹤測(cè)量，差值穩(wěn)定。2022 年9 月27 日，檢修專業(yè)對(duì)111 PT 進(jìn)行了更換，試驗(yàn)部組織人員對(duì)更換下來(lái)的111 PT 開(kāi)展了診斷性試驗(yàn)，結(jié)果如下。

（1）電容量測(cè)量。電容量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4，經(jīng)對(duì)比2022年9月13日試驗(yàn)記錄發(fā)現(xiàn)，B 相C2單元電容量增大3.29%，已經(jīng)達(dá)到了規(guī)程要求的注意值（2%），但還未超出合格范圍。根據(jù)電容量計(jì)算，K=1+C2/C1，C2增大，變比K增大，二次電壓降低。經(jīng)計(jì)算，相比于上次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，本次變比增大約1.58%，二次電壓應(yīng)降低約1.58%，與二次電壓測(cè)量結(jié)果較為吻合。

表4 111 PT第二次電容量測(cè)試結(jié)果

（2）變比測(cè)量。變比測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5，B 相變比相比額定值偏大，相比AC 相也偏大，增大百分比與電容量測(cè)試結(jié)果較為相符，基本可判斷B 相二次電壓異常是由B 相C2電容單元內(nèi)部故障引起。

表5 111 PT變比測(cè)試結(jié)果

此外，該111 PT 絕緣電阻、介損、二次繞組直流電阻等其他試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

2 原因分析及處理

2.1 原因分析

電容分壓器的高壓和中壓電容均為多電容單元串聯(lián)，如圖2所示。在交流電壓作用下各單元按各自電容量大小進(jìn)行分壓，實(shí)際上各單元承受電壓基本均勻。

圖2 電容單元

在運(yùn)行過(guò)程中，由于雜質(zhì)、水分等因素的影響，再加上常年承受系統(tǒng)電壓，某些電容單元的絕緣會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，其絕緣水平會(huì)下降，在過(guò)電壓甚至是正常工作電壓的作用下，有可能發(fā)生擊穿。擊穿后會(huì)導(dǎo)致高壓?jiǎn)卧椭袎簡(jiǎn)卧姆謮罕犬a(chǎn)生改變，進(jìn)而使二次電壓產(chǎn)生偏差。同時(shí)，發(fā)生擊穿情況后，會(huì)導(dǎo)致其他未擊穿的電容單元所承受的電壓升高，加速絕緣老化，當(dāng)絕緣水平進(jìn)一步降低后，會(huì)有更多的電容單元發(fā)生擊穿。圖3為發(fā)生了擊穿的電容單元[4]。

圖3 電容單元產(chǎn)生黑色擊穿痕跡

分析111 PT 和112 PT 的運(yùn)行情況，112 PT 歷次預(yù)試數(shù)據(jù)合格，疑為運(yùn)行中電容單元發(fā)生了擊穿。而111 PT 在2022 年9 月13日預(yù)試時(shí)數(shù)據(jù)合格，晚上送電時(shí)二次電壓異常，在排除了其他影響因素后，初步判定是送電時(shí)的操作過(guò)電壓導(dǎo)致電容發(fā)生了擊穿，此后的停電試驗(yàn)也證明了這一點(diǎn)。

2.2 處理情況

根據(jù)檢修試驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定，電容量的合格范圍為–5%～10%[6]，上述兩組PT 的電容量變化均在此范圍內(nèi)，滿足檢修試驗(yàn)規(guī)程的要求。然而，因?yàn)樯鲜鰞山M均為母線PT，單相出現(xiàn)電容量變化的情況，會(huì)導(dǎo)致二次電壓不平衡，倘若二次電壓進(jìn)一步變化，差距進(jìn)一步加大，則會(huì)影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。因此，即便試驗(yàn)數(shù)據(jù)尚在合格范圍內(nèi)，也對(duì)其進(jìn)行了更換處理。

3 二次電壓監(jiān)測(cè)

停電開(kāi)展介損電容量測(cè)試，以及帶電監(jiān)測(cè)介損和電容量，對(duì)于防范電容式電壓互感器的常見(jiàn)缺陷可起到有效的作用。但是，對(duì)于110 kV 設(shè)備而言，其預(yù)試周期為6 a，在此期間，電容量的變化有可能會(huì)超出規(guī)程要求，因此，結(jié)合二次電壓監(jiān)測(cè)可較早發(fā)現(xiàn)電容單元的劣化情況，該方法可進(jìn)行推廣。

但是，二次電壓監(jiān)測(cè)除了監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以外，還應(yīng)當(dāng)分析歷史變化曲線。因?yàn)楫?dāng)高壓電容和中壓電容變化比例相當(dāng)時(shí)，電容單元電壓比正常，二次電壓不會(huì)產(chǎn)生異常。分析二次電壓的歷史曲線可有效避免這種情況。