电容式电压互感器状态检测方法及应用

何文林， 谷小博， 金祖龙， 孙 翔

（1.浙江省电力试验研究院， 杭州 310014； 2.衢州电力局， 浙江 衢州 324002）

电容式电压互感器状态检测方法及应用

何文林1， 谷小博1， 金祖龙2， 孙 翔1

（1.浙江省电力试验研究院， 杭州 310014； 2.衢州电力局， 浙江 衢州 324002）

为及时掌握电容式电压互感器（CVT）的运行状态， 对三相和单相 CVT 采集电压信号进行实时监测告警并设定了越限告警值。在加压绕组的选择、所加电压的确定二个方面提出了自励法进行叠装式CVT 的介损试验方法。 通过电压检测并辅以介损试验， 可有效监控 CVT 的绝缘状态， 确保设备的安全运行。

电容式电压互感器；监测；介损

电容式 电压互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT） 受设计、制造、工艺水平和原材料等多种因素的限制，其承受高电压的电容分压器介质存在击穿的可能，不仅会影响测量准确性，更严重的有可能造成爆炸、起火的恶性事故，运行中如不及时发现异常情况，就会影响电网的安全运行。

为及时发现 CVT 的潜在故障， 提高 CVT 的安全运行水平，国内有学者对 CVT 早期故障监测方法进行了初步研究[1]， 认为当发现 CVT 高压试验数据存在异常时，可通过调阅其二次电压数据进行对比分析，并结合电容量和损耗的变化，可有效判别 CVT 早期故障， 防止事故扩大。

本文介绍了基于电压检测和介损试验的 CVT健康状态检测方法，分析了该方法的实际使用效果。

1 CVT的运行状态检测

1.1 CVT 结构

图1 CVT 结构原理图

CVT 结构见图1，利用电容分压器将系统电压降到中压（10~20 kV）， 再经过中间变压器降压后输出至计量仪表和继电保护装置。CVT 具有造价低、可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备功能的特点，同时又能可靠阻尼铁磁谐振和具备优良的瞬变响应特性。 CVT 从结构上可分为两类： 一类是分装式，其分压器和电磁单元分别为一单元，可在现场组装，中压连线外露；另一类叠装式，分压器和电磁单元合装在一个瓷套内，中压线连线不外露。

1.2 CVT 运行状态检测

当 CVT 发生部分电容损坏或绝缘异常等情况时，二次侧电压会发生相应变化， 如三相 CVT的 3U0电压值会变大， 各相间电压幅值将出现较大差值，单相电压超出正常值等，CVT 从异常到发生损毁事故有一个发展的过程。

为及早发现 CVT异常情况，避免设备事故的发生，可利用测控装置采集的 CVT 电压值， 通过采集 CVT 各相电压 Ua， Ub， Uc以及三相开口三角电压 3U0等信号，输入变电站监控系统（SCADA），在后台进行逻辑分析、判断，输出告警信息，实现CVT在线监测，及时发现异常并报警。

三相 CVT 电压监测告警包括 3U0幅值越限告警、电压不平衡告警、幅值越限告警3种告警方式， 三相 CVT 电压监测告警逻辑见图2。

对于三相接线方式的 CVT， 当 3U0大于设定3U0幅值越限整定值（如 1.5 V）时报 3U0幅值越限告警。当任意两相电压幅值差绝对值与其中一相电压幅值相比， 大于不平衡度定值（如 3%）时报电压不平衡告警。当电压超过设定的限值且持续时间大于设定值（如 30 s）时， 报 CVT 电压幅值越限告警。

单相 CVT 电压监测告警包括电压不平衡告警和幅值越限告警 2种告警方式，单相 CVT 电压监测告警逻辑见图3。

单相 CVT 的电压不平衡告警采用同相位电压比较的方式，当被监视的 CVT 电压幅值与同名相其它电压互感器电压幅值之差的绝对值，与两者之一的电压幅值相比，大于不平衡度定值（如2%）报电压不平衡告警。当电压超过设定的限值并持续时间大于一定的时间（如 30 s）报 CVT 电压幅值越限告警。

2 叠装式 CVT的介损测试

图2 三相 CVT 电压监测告警逻辑图

图3 单相 CVT 电压监测告警逻辑图

对分装式 CVT 的介损试验可采用常规正接线方式，无太多试验安全风险问题。对叠装式CVT 的介损试验一般采用自励法， 试验较复杂且有明显的安全风险。采用自励法进行叠装式 CVT介损试验时，需从加压绕组的选择、所加电压的确定二个方面来控制安全风险。

自激法测试从剩余绕组 da，dn 加压，在测量C2时， C2与中间 T 的电感及补偿电感会形成谐振回路，从而会出现危险的过电压，所以测试时一定接上阻尼电阻， 即从 da， dn 上加压， 其余绕组开路。

在进行 C1测量时， 由于 C2和标准电容相串联，试验电压主要降在标准电容上，所以N端子上将有高电压。由于出厂时 N端子耐受的电压为4 kV， 介损试验电压一般以 2 kV 为宜。 其电压不能用 T 的变比进行计算。 当测量 C2时， 由于 C2较大，测量回路可能会发生工频谐振，为防止产生过负荷，低压励磁电流不能过大，以免损坏被试 CVT 的电磁单元。

由于自激法的外施电压不容易控制，易造成过电压，烧毁电磁单元。有关反事故技术措施中明确规定， 当采用电磁单元为电源测量 CVT 的电容分压器 C1和 C2的电容量和介损时，必须严格按照制造厂说明书规定进行。近年来一些厂家的 CVT 不允许用自激法测量， 所以在进行 C1， C2介损试验时，一般测量 C1， C2串联在一起的介损和电容量，此时应采取合适的试验接线以减少中间变压器对测试结果的影响。

3 CVT运行状态检测技术的应用分析

截止 2009 年底， 某省电力公司系统在运的CVT 8 577 台， 约占电压互感器总量的 75.32%。其中 500 kV， 220 kV 和 110 kV 电压等级的 CVT分别为 754 台、 2 205 台和 5 618 台。

2006 年以来， 110 kV 及以上电压等 级的CVT 发生缺陷的共计 57 台， 均已处理或者更换。57 台缺陷 CVT 按照电压等级分布如表1 所示。由表1 可以看出， 220 kV 电压等级CVT 发生缺陷的比例最高。

表1 缺陷 CVT按照电压等级分布

57 台缺陷 CVT 按照制造日期分布如图4 所示。 由图4 可以看出， CVT 缺陷主要发生在 2004及 2005 年出厂的产品中， 共计 27 台， 其中 2005年 21 台、 2004 年 6 台， 占缺陷 CVT 总台数的47.4%。 57 台缺陷 CVT 按照缺陷原因分布如表2所示。

由表2可以看出，按照缺陷现象分类，运行中二次电压异常和 3U0报警的电压监视异常的CVT 为 35 台， 占缺陷总台数的 61.4%， 事后的介损或电容量测试大多超标，说明电压监视可以有效反映 CVT 的潜在缺陷。

图4 缺陷 CVT 按照制造日期分布

表2 缺陷 CVT按照缺陷原因分布

由表2还可以看出，电压监视正常但介损或电容量超标的 CVT 为 16 台， 占缺陷总台数的28.1%， 说明常规介损试验是电压监视的有效补充。

以某 500 kV 变电所 5440 线 B 相 CVT 为例，运行中二次电压异常 3U0报警。系统 3U0整定值为 1.5 V， 故障报警值为 1.53~1.57 V。 主控室监控后台电压显示为 A 相 294.8 kV， B 相300.4 kV，C 相 296.7 kV，B 相电压偏高， 停电后经测试 B相 CVT 中节电容量及介损异常。根据故障情况及测试数据初步分析为中节元件有击穿现象。对中节进行解体后发现共有 2个电容分压元件击穿，分别为第 16 个和第 21 个 （从中节上部至下计数）， 击穿点在该元件的引箔边缘， 见图5。 其中第 16个元件由于击穿导致开路造成总电容量及介损变大。分析认为，引线箔在介质中形成一个电场畸变区，其场强比元件其它点的均匀电场的场强高，加之个别引箔的微小毛刺，使介质的绝缘产生薄弱点，在投运冲击后，诱发介质逐步损坏，最终导致介质击穿。

图5 电压监视异常的 CVT解体结果

4 结语

电容式电压互感器加装电压监测装置可以及时发现设备缺陷，利用 SCADA 系统实现电压监测功能，不增加设备投资和运行维护成本，对正确评估设备状态起到积极作用。

现场测量 CVT 中电容分压器 C1和 C2的电容量和介损时，必须严格按照制造厂说明书规定的试验方法进行，如需采取自激法须严格控制电磁单元的励磁电流和电容器 C2尾端的电压。

[1]付 炜 平 ， 霍 春 燕 .CVT 早 期 故 障 监 测 方 法 [J].电 力 电 容器与无功补偿，2009，30（2）∶29－31.

[2]熊铃.电容式电压互感器介损测量方法及误差分析[J].四川电力技术，2008，31（增刊）∶25-27.

（本文编辑：杨 勇）

Detection M ethods of Operational Health State and Application of Capacitor Voltage Transformer

HEWen-lin1， GU Xiao-bo1，JIN Zu-long2，SUN Xiang1
（1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Quzhou Electric Power Bureau， Quzhou Zhejiang 324002， China）

Voltage signal is acquired from three-phase and single-phase capacitor voltage transformers（CVT）for real-timemonitoring alarm and out-of-limit alarm value is set in order to obtain the running state of CVT timely.Self-excitation method is proposed for superposition CVT dielectric loss test from the aspects of the selection of supercharged wind and determination of voltage applied.CVT insulation can be effectively monitored to ensure safe operation of equipmentby voltage testand dielectric loss test.

CVT； monitor； dielectric loss

TM451+.2

： B

： 1007-1881（2010）07-0004-04

2010-04-21

何文林（1963－）， 男， 浙江浦江人， 高级工程师，从事变压器类设备的运行、检修和试验研究工作。