电容式电压互感器运行异常分析

颜冰，钱国超，马仪，王耀龙，邹德旭，周骏

(云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

电容式电压互感器运行异常分析

颜冰，钱国超，马仪，王耀龙，邹德旭，周骏

(云南电网公司电力研究院，昆明 650217)

针对早期电容式电压互感器 (以下简称CVT)在运行中多次出现二次回路无电压显示的情况，从其结构原理上对缺陷原因进行了分析，并提出了相应的检测方法和预防措施。

MOA；CVT；铁磁谐振

0 前言

近年来，网内运行的CVT在运行中出现了多次二次回路无电压显示的情况，影响了对设备运行情况的正确判断。以下从CVT的结构和原理上进行了分析，指出了其中的不足，并提出了相应的检测方法及预防措施。

1 CVT发展过程

当前，电网对CVT的需求开始多样化，并且要求CVT的电容大，精度高，负荷大[1]，若想提高CVT的负荷能力，对电容已确定的产品，一般实现的途径是提高中间电力变压器的一次电压，同时要改善阻尼器的性能。因为在外部过电压或过电流的刺激下，CVT内部会产生铁磁谐振，铁磁谐振的过电压幅值可达额定值的3～4倍。限制过电压的幅值的措施是在中间变压器的一次侧加避雷器 (如图1)，或者是采用性能优异的速饱和电抗型阻尼器。由于技术发展的局限性，在当时电容器行业中基本采用加避雷器的方式限制铁磁谐振过电压幅值。

然而，近年来由于早期CVT产品内部中间变压器一次侧加装MOA导致了CVT二次侧显示电压异常情况，影响电网的稳定运行。随着对CVT性能的不断研究，相关的技术取得了一定的发展。尤其是对速饱和电抗器技术的研究和运用，使CVT的暂态性能得到较大改善，并且能在取消避雷器后，过电压幅值仍然能够限制在中间变压器及相应部件所能承受的范围内。因此，在CVT中加装速饱和电抗器型阻尼器逐渐得到了广泛的应用。

2 CVT结构与原理

2.1 结构介绍

CVT由电容器与电磁装置[2]组成，工作原理是一次侧电压U通过中压电容器C2分压后传递到电磁装置[3]内的中间变压器高压侧，中间变再将中间电压变为二次电压。其中补偿电抗器与CVT漏抗之和与等值容抗1/ω(C1+C2)串联谐振，以消除容抗压降随二次负荷变化引起的电压波动，使电压稳定。CVT结构原理图见图1、图2所示。

图中：

C：载波耦合电容

1a1n：二次绕组接线端子

图1 带避雷器的CVT原理图

图2 不带避雷器的CVT原理图

C1：高压电容

C2：中压电容

U：一次电压

P：保护装置

D：阻尼器

L：补偿电抗器

BL：避雷器

dadn：剩余电压绕组接线端子

N：载波通讯端子

XL：补偿电抗器低压端子

A’：中间电压端子

T：中间电压变压器

J：带有避雷器的结合滤波器 (用户自备)

2.2 速饱和电抗型阻尼器

任何由电容和带铁心的电感所组成的电路都可能产生铁磁谐振，CVT中也存在这种情况。在中间变压器一次侧突然加压或二次侧短路又突然消除的过渡过程中会产生谐振过电压，会使中压变压器磁饱和，激磁电感L0下降，回路固有频率(F0=1/2π L0C)视回路参数不同会变为电网频率的1/7、1/5或1/3，常见的是1/3次谐波振荡。由于电网不断供给能量，如果回路中若没有适当阻尼装置，将会产生持续的分次谐波铁磁谐振，其过电压幅值可达额定电压的3～4倍[4]，过电压和过电流将危害CVT电磁单元的绝缘。

为了保证CVT的高精度，总是将回路内的串联电阻设计得尽可能低，所以靠本身电阻来阻尼振荡是微不足道的，必须加装阻尼器。速饱和电抗型阻尼器装于二次剩余绕组两端，一般安装在电磁单元邮箱内。在CVT正常运行时，电抗Ls很大，通过的电流仅有几十毫安，其功耗及储能均很小；但当CVT产生铁磁谐振时，Ls在过电压作用下急剧下降，此时回路中能量主要由阻抗r消耗，达到了阻尼铁磁谐振的目的。

图4 速饱和电抗型阻尼器原理

3 CVT损坏原因分析

避雷器的损伤，包括电损伤和热损伤，电损伤主要是避雷器阀片外表面绝缘放电和击穿，热损伤主要是阀片内部发热和阀片间接触电阻发热，引起阀片碳化，形成电弧通道，最后造成不可逆的热击穿。

CVT中避雷器失效的原因，包括正常运行时的热损伤和过电压运行时的损伤。避雷器是非线性元件，正常运行时，避雷器呈高阻态，电流为微安级，发热的功耗极小；有较高过电压时，避雷器呈低阻态，电流为毫安级至安培级，功耗明显增大，避雷器阀片发热明显增加。因此，过电压运行时的损伤，对避雷器的寿命起决定性作用，且避雷器的损伤有累积效应，剩余寿命与避雷器已有的损伤情况有关。所以在运CVT二次电压消失的缺陷情况主要是由于内部的避雷器击穿导致的。

4 检测措施

4.1 故障录波电压监测

对避雷器进行监测，由于二次表计采样率低的原因，一般不能对避雷器的脉冲放电做出反应。在避雷器接近寿命终点前一段时间 (一个月至六个月不等，但几天时间内损坏的较少)，录波图中正弦波的波峰附近可能会出现电压垂直下降又恢复的波形，随着进一步损伤，电压垂直下降的相位会越来越提前。随着下降的量越来越高，避雷器进入雪崩式的损坏过程，开口三角出现异常剩余电压，导致故障周期越来越短，使二次表计能够显示出较大的瞬动，而故障录波就有可能捕捉到瞬动产生的放电脉冲。

为了及早判断CVT内部避雷器是否损坏，建议加强故障录波的电压波形监测。

4.2 预试检查

在预试定检中加强关注带避雷器的CVT高压试验结果，特别是中间变高压尾端绝缘电阻、下节电容量与介质损耗测试。通过分析测试结果，有助于发现内部避雷器是否存在异常。

5 结束语

针对早期CVT在运行中多次出现二次回路无电压显示的缺陷情况，文中从其原理和结构上进行了分析，是因为早期的CVT为了降低一次侧的谐振过电压而在一次侧加装了避雷器，而随着避雷器的老化，绝缘性能下降，导致避雷器击穿，使CVT二次回路无电压显示。

为了改善目前CVT的运维情况，文中提出了两种措施；

1)采用故障录波电压监测法对一次侧加装避雷器的CVT进行监测，以便能及时发现CVT内部的避雷器是否受损；

2)在预试定检中加强关注带避雷器的CVT高压试验结果，有助于发现内部避雷器是否存在异常。

[1] 房金兰，蔺跃宏.国内外电容式电压互感器目前水平及发展趋势 [J].电力电容器，1997.

[2] GB/T 4703-2007，电容式电压互感器 [S].北京：中国标准出版社，2008.

[3] 王化冰，赵志敏.基于电容分压器的电子式电压互感器的研究 [J].继电器，2007，35(18)：46-49.

[4] 时德钢，刘晔，胡光辉，等.一种基于电容分压器的电子式电压互感器 [J].电力电容器，2003.

Diagnose Analysis on Capacitor Voltage Transformer Operation Abnormality

YAN Bing，QIAN Guochao，MA Yi，WANG Yaolong，ZOU Dexu，ZHOU Jun
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217)

Case for early capacitor voltage transformer(hereinafter referred to as CVT)appeared no voltage display on the secondary circuit；this paper analyzed the causes of the defect from the structure and principles of CVT and proposed the corresponding detection methods and preventive measures.

MOA；CVT；The ferromagnetic resonance

TM8

B

1006-7345(2014)04-0106-04

颜冰 (1987)，男，硕士，助理工程师，云南电网公司电力研究院，主要从事高电压专业方向的研究工作 (e-mail) 497036819＠qq.com。

钱国超 (1981)，男，硕士，工程师，云南电网公司电力研究院，主要从事高电压专业方向的研究工作 (e-mail)410375004＠qq.com。

马仪 (1969)，男，硕士，高级工程师，云南电网公司电力研究院，主要从事高电压专业方向的研究工作 (e-mail) 42971995＠qq.com。