某水电站110kV电容式电压互感器爆炸事故分析

杨思斯

(湖南水利水电职业技术学院电力工程系，湖南长沙 410007)

电容式电压互感器 (CVT)由电容分压器和中间电压电磁单元组成，它可兼顾电压互感器和电力线载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能，同时具有绝缘裕度大、抗谐振特性优良，以及制造工艺简单、体积小、成本低等一系列独特的优点，目前在电力系统中的使用已经越来越广泛，特别是在110kV及以上等级的系统中已占绝对优势。但是随着CVT的大量采用，在运行中也出现了一些问题。通过研究分析，找出产生问题的原因，是做好CVT运行维护和事故预防工作的重要环节。本文以某水电站110kV电容式电压互感器爆炸事故为例，分析引发此类故障的原因。

1 事故概述

某水电站属坝前压力隧洞引水式电站，装有3台12000kW立轴悬吊式水轮发电机组，通过110kV线路并入湘南电网。水电站升压变压器110kV侧采用的是某电力电容器有限公司生产的型号为 T YD110/0.02H的电容式电压互感器，其内部接线图如图1所示。该CVT爆炸前，其主变高压侧电压为118kV，所带负荷为有功2.8万kW、无功5000kVar。发生爆炸事故前，监控机报警为“主变PT断线报警”且不能复归，随后升压站110kVCVTB相发生爆炸。发生爆炸事故时，线路继电保护装置的光纤差动保护动作，保护使开关跳闸。爆炸时产生巨大的爆炸声，110kVCVTB相瓷片散落 (最远飞到20m以外)，B相互感器内部的绝缘纸散落并燃烧。

图1 CVT内部接线图

2 事故原因分析

分析电容式电压互感器的原理 (见图1)，CVT实质是一个电容分压器，在被测装置和地之间有若干相同的电容 (如C1、C2)。电压互感器由中间变压器VT、补偿电抗器L、阻尼器Za以及保护间隙P、避雷器F组成，并配有负载阻抗Zf。正常运行期间载波通信接线端子不进行载波通信时，δ端子与0端子相连，并可靠接地，且由于中间变压器VT中的补偿电抗L起到补偿电容器的内阻抗的作用，内阻抗为零，使电容C2上的电压与二次负载无关，因此C2上的电压为

式中 U1——一次侧相对地电压;

C1——主电容，为 0.02885μF;

C2——分压电容，为0.0652μF。

假如互感器A点对地短路，流经电容C1的电流为

其中，由于电站运行电压为118kV，故

因此

显然，电容式电压互感器内A点对地短路时，对一次侧电流产生的影响极小，不可能使保护装置动作，故可排除电压互感器内A点对地短路引起爆炸事故的可能性。而CVT二次侧对地短路时，负载阻抗为零或很小，二次侧通过的电流会增大，因此为了防止电压互感器二次侧短路，一般在其端子箱内装有熔断器，一旦发生短路，二次侧会立即熔断，故也可排除二次侧对地短路引起爆炸事故的可能性。

排除以上两种情况引发电压互感器爆炸的可能性后，针对爆炸后的现象进行了直流电阻、介质损耗角、绝缘电阻和变比等预防性试验，试验数据见表1、表2。结合试验数据和保护动作情况分析，在爆炸前，电站发主变PT断线报警，而相同情况另一线路保护装置正常，说明110kV系统三相电压平衡，因此可推断爆炸的电容式电压互感器二次侧电压不平衡，C2变小，电容泄漏电阻变小，泄漏电流变大，导致电容器内部发热，如果发热大于散热，会使电容器内部温度升高，而温度升高则使电容器C1、C2的绝缘强度变差，使得中间变压器的原边电压过高，导致电压互感器二次侧电压过高，当二次侧电压达到一定值时，二次侧绝缘最薄弱的部位被击穿而短路，从而使电容式电压互感器内部出现烧黑、烧熔现象，以及110kVCVT B相二次侧电缆端头处L630这根线和该电缆屏蔽层出现烧黑现象，L630最终烧断。

表1 爆炸前110kVPTCVT实验数据

由于二次侧绝缘薄弱部位被击穿引起短路，导致电容式电压互感器内部温度升高，在这个过程中，电容式互感器的电介质被击穿变成导体，使高压线路直接接地，高压线路产生很大的对地短路电流，导致连接在高压线路的保护装置动作，光纤差动保护动作时间为0s，保护装置动作正确。与此同时电介质击穿使电容式电压互感器内部产生的巨大热量使CVT内部的绝缘油迅速气化，这些气体使油箱内部压力迅速增大，由于绝缘油具有不可压缩性，因此密封的油箱不能及时释放这个巨大的内部压力，最终导致了爆炸。高温也使绝缘纸遇空气而燃烧。因此，工作人员赶到现场时看到绝缘纸散落一地并燃烧的现象。由此可见，这次110kVCVT爆炸属电容互感器的电介质逐渐变差而引起。

表2 爆炸后110kVPTCVT实验数据

3 预防措施

综上所述，这次水电站电容式电压互感器的爆炸事故是由其二次侧电压不平衡、内部电介质逐渐变差造成短路引发的。为了防止类似事故发生，运行单位应加强对电容式电压互感器的运行维护和定期试验，其二次侧电压即使仅有细微变化也要引起高度重视［2］。出现一次电压平衡而二次侧电压不平衡时，需及时分析是否CVT本身质量出现问题或者绕组内有匝间短路导致电压不平衡，还是二次回路出现零线未接、多点接地、三相未共零或接触不好、端口未接紧等问题引起二次侧电压不平衡。因此，运行时可利用红外成像仪对电容式电压互感器电磁单元内部的异常发热迹象进行监测，定期进行常规检修，并对CVT做变比测试等预防性试验，发现问题及时处理。同时有条件的电站可采用介质损耗因数在线检测系统对电介质进行在线监测，在线检测介质损耗因数tanδ可以有效地发现设备的内部缺陷，达到预防的作用［3］。电容式电压互感器出现故障的原因很多，大多都与其结构原理、元件材料以及运行维护有关，通过分析找准原因，才能及时正确地处理故障，并在以后的工作中加以预防。

［1]印华，王勇，宋伟，等.电容式电压互感器常见故障及原因分析［J］.电工技术，2007(10):70-71.

［2]陈少华，余耀权.电容式电压互感器二次电压异常分析与处理［J］. 变压器.2004(2).

［3]延红艳，黄知超，等.电力电容器介质损耗因数在线检测系统的设计［J］.桂林电子科技大学学报.2012(3).