电容式电压互感器故障在线检定方法

2015-05-27刘建月张志东薛赵红

电气技术 2015年5期

刘建月张志东薛赵红

（1.山西省电力公司技能培训中心（山西电力职业技术学院），太原 030024； 2.山西省电力公司检修公司，太原 030021；3.华能左权煤电有限责任公司，山西左权 032600）

近几年，电气设备在线监测与故障诊断技术发展迅速，诸如电容量和介质损耗在线测量技术和专家系统故障诊断技术等。利用电气设备运行状态的特征量全面地、准确地对设备内部绝缘情况进行判断已经成为在线监测与故障诊断技术的一个发展方向。本文提出利用在线参量电压测量值对电容式电压互感器（CVT）进行故障检测。

1 电压测量值在CVT 故障检测中的应用

1.1 CVT 故障表征

CVT 上下节电容内部由多个电容单元元器件串联而成。分压电容利用分压比，经中间变压器、补偿电抗器以及消谐装置，测量系统一次侧电压。当CVT 内部存在单节或多节电容击穿等绝缘缺陷时，其故障特征不仅反应在电容电流和设备介质损耗上，还将引起二次电压和一次电压比k的变化，从而导致CVT 测量电压发生显著变化，并由此衍生出相应的监测方法。

1.2 CVT 单节电容击穿后故障特征的分析

如图1所示，令单只电容单元电容量为CN，上、下节电容分别由N1、N2节电容单元串联组成，则上节主电容电容量如下。

图1 CVT 结构示意图

下节分压电容电容量为

从而得到电容分压单元二次电压和一次电压比为

令中间变压器B 二次电压和一次电压比为kB，则CVT 的电压测量值Uax为

式中，Ux为待测量电压。当它和中间变压器变比为恒值时，电压测量值仅和电容分压单元的分压比成正比，于是分压比的变化将直接体现在电压测量值的变化上。

1.3 CVT 故障判据的提出

经过一段时间的运行，某相电容式电压互感器的二次输出电压，与另两相CVT 的二次输出电压或额定运行电压比较，可能出现偏高或偏低的现象。

1）当上节主电容C1中某n个电容单元发生击穿短路后，其所包含的电容单元个数改变为N1-n个，从而电容分压器二次电压和一次电压比变为

此时，分压比的变化量为

因此，作者提出CVT 故障在线判据一：仅当电容分压器C1部分出现元件击穿时，二次电压偏高。

2）当下节分压电容C2中某n个电容单元发生击穿短路后，其所包含的电容单元个数改变为N2-n个，从而电容分压器的二次电压和一次电压比变为

此时，分压比的变化量为

因此，作者提出CVT 故障在线判据二：仅当电容分压器C2部分出现元件击穿时，二次电压偏低。

3）当CVT 击穿元件个数较少时，二次电压变化并不明显，又由于系统电压本身随时间也在不断变化中，这样就会使元件击穿引起的电压变化量被湮没，无法通过监测二次电压，直接发现它的变化情况。

因此，作者提出CVT 故障在线判据三：当CVT运行电压与同一系统其它线路相比较，其相对比较值有变化时，可以判断该CVT 内部元件有击穿等绝缘故障。

2 故障实例分析

2.1 发现故障

以500kV 榆社开闭站的榆电一线电容式电压互感器元件击穿故障为例，分析故障前后榆社站全天线路电压值和电压变化情况。

1）发现异常

2010年9月，运行人员监视后台在线监测报表显示B 相、C 相线路电压互感器二次电压持续偏高。16日，在对榆社500kV 开闭站榆电一线进行例行试验工作中，测得榆电一线C 相电压互感器中节电容器介损为0.289%（超过规程要求的最大值0.2%），且电容量比原始值增加2.86%。同时，发现榆电一线B 相电压互感器上节、中节电容量增大。初步判断CVT 介损超标、电容量增大有两种可能：一是部分元件击穿，使电阻增大，导致介损增大，相应的电容量也增大；二是内部元件受潮，引起电阻增大而使介损增大、电容量增大。而电压互感器电容量增大导致其变比减小，所以一次和二次电压都显示偏高。

2）返厂解体

2011年1月，该CVT 进行返厂解体检查，分段测试各节电容及介损，发现B 相电压互感器上节、中节和C 相电压互感器中节电容量全部超标。

进一步对电容量超标的C 相中节、B 相上、中节进行解体检查，使用火花间隙充放电仪逐个电容芯子进行测试，施加电压2kV。经过逐一检查分别发现C 相中节有5 个芯子单元击穿，B 相中节有3 个芯子单元击穿，B 相上节有4 个芯子单元击穿。

返厂解体结果表明，当电容分压器C1 部分出现元件击穿时，二次电压偏高。和作者前面提出的CVT 故障在线判据一致。