500 kV电容式电压互感器电压异常分析及处理

卢峰超，刘雪飞，白剑忠，王 伟

(河北省电力公司超高压输变电分公司，石家庄 050070)

受设计、制造、工艺水平和原材料等多种因素的限制，在电容式电压互感器内部，承受高电压的电容分压器介质，存在被击穿的可能，这不仅会影响一次电压测量的准确性，甚至可能引起互感器爆炸、起火等恶性事故，所以及时发现介质异常至关重要。500 kV电压互感器在河北省南部电网运行情况良好，但随着运行年限的增加，极少部分CVT内部电容单元出现了因绝缘介质老化或者设计不合理导致的介质击穿情况。以下就一起某500 kV变电站CVT电压异常情况进行分析。

1 CTV工作原理及结构

电容式电压互感器(简称“CVT”)是利用电容分压原理，通过串联电容器抽取电压，再经变压器变压作为表计、继电保护等的电压源，电容式电压互感器还可以将载波频率耦合到输电线，用于长途通信，远方测量，选择性的线路高频保护、遥控等。与常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁心饱和引起的铁磁谐振外，在经济和安全上还有很多优越之处。

图1 CVT结构示意

2 故障概况

2011年3月21日，在进行电压互感器二次电压测试期间，专业人员通过监控机发现该变电站500 kV 1号母线电压为523.9 kV，2号母线电压为527.6 kV，2号母线电压互感器二次电压异常，随后对该变电站500 kV母线及线路电压互感器的一次电压监测值进行统计，发现500 kV 2号母线CVT一次电压偏高(该变电站500 kV母线只U相安装有电压互感器设备)。2011年4月20日，500 kV 2号母线停电，转为检修状态，高压试验发现500 kV 2号母线CVT下节高压分压电容器的C21电容量偏差为2.52%(相比出厂值，规程要求电容量初值差警示值不超过±2%)，介质损耗tanδ为0.351%(注意值为0.2%)[2]。

3 故障原因分析

3.1 现场试验分析

3.1.1 CVT介损电容量测试

2011年4月20日对故障CVT进行介损电容量测试，测试结果见表1。

表1 介损电容量数据

试验部位试验接法tanδ/%本次前次电容量/pF本次出厂误差/%C11反接屏蔽0.0750.05415 39015 400-0.06C12正接线0.0530.05715 40015 2001.32C21自激法0.3510.05118 29017 8402.52C22自激法0.0510.09596 40096 2700.14

由表1可知C21单元电容量误差为2.52%(限值为2%)，介损为0.351%(注意值为0.2%)[2]，初步判断C21内部电容单元存在击穿，C11、C12、C22为正常状态。

同时将历次试验C21介损电容量数据进行统计如表2。

表2 C21介损电容量数据统计

参数2002-10-112004-05-132007-06-09tanδ/%0.0450.0710.045电容量/pF17 84017 82017 740误差/%0-0.11-0.56参数2008-04-182010-08-242011-04-20tanδ/%0.0550.0510.351电容量/pF17 78017 65018 290误差/%-0.34-1.072.52

由表2介损及电容量数据随时间变化情况可以判断，自投运至2010年8月24日，该CVT C21单元运行情况正常。2010年8月24日到2011年4月20日之间，C21内部发生电容单元击穿故障。

利用电容量数据计算电容单元击穿个数为3～4个。在试验测试过程中，现场环境电磁干扰、试验设备误差等因素都会影响试验结果，所以定量分析计算击穿的电容单元个数存在误差应为正常现象。但通过试验情况可以基本判断，此电压互感器内部存在电容单元击穿故障，从而造成介损及电容量试验数据异常。

3.1.2 一次电压监测

2011年3月21日12时，对该变电站500 kV母线及线路电压互感器一次电压监测值进行采集，统计数据如表3所示。

表3 500 kV母线及线路电压互感器一次电压监测值

500 kV 1号母线测试点一次电压值/kV500 kV 2号母线测试点一次电压值/kV1号母线TV523.92号母线TV527.6潞辛Ⅰ线TV523.8辛聊Ⅰ线TV524.2潞辛Ⅱ线TV523.9辛聊Ⅱ线TV524.1辛蔺线TV523.8辛彭线TV524.2辛邑线TV524.0

由表3可知，500 kV 1号母线电压互感器一次电压为523.9 kV，2号母线电压互感器一次电压为527.6 kV，电压异常。2号母线一次电压值较其他CVT高出3.5 kV左右，一次电压存在不平衡。初步判断CVT本体或二次电压采集、传输电路存在故障。二次人员现场对二次传输回路进行检查，无异常。从而进一步判断，是由于CVT本体存在电容单元击穿故障，导致一次电压监测数据异常。

3.1.3 角差比差测试

现场对该CVT进行绝缘电阻试验、极性试验、二次直阻试验，结果无异常。同时进行角差比差试验，试验结果见表4。

表4 CVT角差比差试验数据

Ub/%S/VA(100/100)幅差f/%角差δ/(')S/VA(2.5/0)幅差f/%角差δ/(')800.5906.4000.7550.3101000.5846.3900.7520.3201200.5826.2600.7480.300

注：S 2个数值分别表示二次计量绕组与保护绕组的负荷值。

由表4可知，当二次绕组带额定负荷或轻负荷时，角差均在正常值范围(-10′～10′)内，但幅差均大于正常限值0.2。测试结果说明CVT变比发生变化，进一步验证了分析的正确性。

3.2 返厂解体检查分析

C21单元进行解体检查，对套管内绝缘油进行气相色谱试验分析，油色谱分析数据见表5。

表5 套管油色谱分析数据 μL/L

φ(C1+C2)φ(C2H2)φ(C2H6)φ(C2H4)4 724.672 054.08108.021 924.5φ(CH4)φ(H2)φ(CO)φ(CO2)637.2117 056.371 306.66952.95

由表5可以看出，C1+C2、H2和C2H2的体积分数均已严重超标(要求值，C1+C2、H2和C2H2的体积分数分别为100 μL/L、 150 μL/L、 1 μL/L)，证明设备内存在严重放电。

对电容单元进行电容量测试，发现3只电容单元电容量测试数据为零，与分析计算

结果相符。对3只电容单元解剖检查，发现电容单元已完全击穿，并存在大量蜡状物，如图2所示。

图2 局部放电产生的蜡状物

通过解体检查发现，因制作工艺存在问题，造成铝箔卷内端面有毛刺产生。在长期运行高电压作用下，毛刺产生低能局部放电，致使其周围油劣化分解产生蜡状物。放电生成的蜡状物改变原有电场分布，导致局部电压升高，进一步增强局部放电，最终导致绝缘油纸及铝箔完全击穿。电容单元击穿后，引起电容分压比变化，造成一次电压监测值异常。

4 故障处理及建议

经过以上分析，认为此次电压互感器故障属于产品制作工艺问题，初步判断该批次电压互感器都可能存在类似缺陷，采取对故障CVT进行更换，并对同批次产品加强监测。故障CVT更换后，该变电站母线电压互感器运行正常。

综上所述，当CVT内部个别电容单元存在击穿故障时，会导致电容分压比变化，从而导致一次电压监测值变化。通过对高压试验数据进行分析，可以对故障情况做出准确判断。因此综合利用介损电容量及一次电压数据的统计分析，可以对CVT运行状态进行准确的诊断。针对以后的工作提出以下建议：

a. 加强CVT设备的一次电压值监测，当电压数值存在异常时，综合CVT设备的电容量及介质损耗测试结果对CVT状态进行判断。

b. 做好CVT设备一次电压数据的长期记录，根据一次电压值变化量的大小，来判断设备是否存在内部故障。正常来讲，监控机显示的电压互感器电压值并非完全一致，会存在一定的误差，可通过数据的积累，分清误差与设备故障之间的界限。

c. 加装CVT在线监测装置，当初步判定电压存在异常时，可以在不停电的情况下，通过在线监测装置测量CVT的电容量及介质损耗，然后再作综合判断。

d. 设备制造厂应严格管控制造工艺，提高产品运行可靠性。

参考文献：

[1] 苏胜新，咸日常.运行中的电容式电压互感器二次失压故障分析和试验方法[J].电力电容器，2002(2)：24-27.

[2] Q/GDW 168-2008，输变电设备状态检修试验规程[S].