一起110kV母线CVT电压异常的原因分析

作者/王潇，国网山东省电力公司齐河县供电公司

一起110kV母线CVT电压异常的原因分析

作者/王潇，国网山东省电力公司齐河县供电公司

本文以一起110kV母线CVT电压故障为工程实例，依照电子器件CVT的内部构造、工作性能及器件拆分明细等内容，手动测定其介质损耗及电容量变化值。将测定值与相关电气工程规范值及备忘数据进行对比、总结，经分析后得出如下结论，即：在电容核芯发现隐患，绝缘不良使其电压出现紊乱，并针对具体故障制定了防治手段。

母线CVT ；电压异常；电容测定；原因分析

引言

CVT是供电体系中用于输变电的重要器件之一，该设备具备极强的信号转送能力，可将电压值实时传输到供电仪表、过载保护及其他智能化设备中。该设备具有绝缘性能优良、构造简洁、可维护性强、可抗击简谐振动等诸多优势，弥补了电磁式互感器的缺陷。CVT的绝缘能力直接关系到整个供电系统的正常运行，其重要性不可小觑。

1. 器件构造及原理

CVT构造相对简单，主要包括：C1,C2（分压器）、L（电子阻抗器）、B（中途变压器）及Z（阻尼式电子阻抗）等基本电子组件。其中分压器由一个C1（高压）及一个C2（中压）构成，两个分压器均由大约50枚电容单体组集而成，输入电压进入CVT后，先途径C1（高压），进而可在C2（中压）中采集到一次介于10-20kV的电信号，通过分压器后，可将高压信号转变为中压信号并再次输出。根据变压器基本原理，可得中压电压计算公式，具体见下式1所示。

其中，CVT设备的基本构造见下图1所示。

图1 CVT基本构造图

2． CVT电压异常示例

2016年夏，由于气温炎热，酷暑难耐，在我国南方某地，一220kV民用变电站的110kV母线CVT电压异常，较正常值偏低。为了确保变电站安全，指挥室下令紧急断电，并对CVY组件进行全面排查，其中CVT型号为薄膜-纸复合式绝缘，出场时间为2014年。在具体的排查中发现，该型号分压器的C1（高压）及C2（中压）间未见暴露引线，只能选用手动激励法，手动测定C1（高压）及C2（中压）的介质损耗和电容量差值[1]，具体测定数据详见下表1所示。

表1 CVT测定参数

3.异常因素解析

对采集得到的数据进行试算，分析上表可知，发生异常前，将有关数据带入式1.1中，可得电压在发生异常前及异常后的电压U2值分别为17.8kV和17.6kV，显然，发生异常后的U2值较未发生异常的U2值显著减小，理论计算结果同实地观测值基本一致。

经计算，C2（中压）中的电容变化情况介于0-10%内，但C2（中压）中的电容值明显增加，可以肯定C2（中压）内出现部分短路故障。且介质损耗值远大于产品投放标准值，两参数均出现不同程度的增加，基本能够判断C2（中压）内的核芯绝缘异常。分析参数变化及故障特性其原因可能如下。

首先，CVT器件在组装阶段，出现接口密封不良问题，裸露的接口使得外界潮湿空气不断涌入组件内，导致内部电子元件变潮，绝缘能力锐减，在高电压下极容易发生短路问题。再者，商品制造企业为了追求经济效益，人为缩减工艺流程，在组装电容器内部核芯时，核芯底部烘干不充分，少许水分被滞留在电容器内部，严重威胁了电容设备的绝缘性能；或是在核芯卷装过程中，未及时压实，使得核芯内部在空气中停留过久，卷装到内部的水分在电压的作用下向核芯外移动，严重损害了电容介质。最后，在核芯卷装的过程中，卷层内出现破损，不均匀的电容内壁引发电场畸变，内壁薄弱部分被高压击坏，破坏了电容的整体性，致使绝缘性能降低；剩余内壁继续承受高电压作用，不断有新的内壁被击坏，如此不良循环，最终导致电容整体绝缘性能损失殆尽[2]。

4 .CVT电容拆解分析

为了进一步认识CVT电压异常后的内部真实响应，特派专业技术专家对本次异常CVT设备进行现场拆解分析。经分析可知，此次故障CVT组件内部各接缝部位密封良好，未见有大面积渗漏情况；为了精确判定器件内部是否出现渗水问题，特对CVT内部的绝缘保护油进行反应谱、水密性及压力测试，经试验分析，各指标参数均位于正常值内，可以基本排除由于外界水分渗透而引发的绝缘失效问题。

进一步将电容内部的电容单元取出，经查看，共计取出51枚电容单元。采用排除法分别对各电容单元进行绝缘测试，最终确认第42枚电容单元出现严重的薄膜-纸碳化现象，可以认定在该位置处曾出现严重的高电压击穿短路问题，经试验测定，各数据完全满足击穿短路问题的特点。为了排查电容在卷装过程中可能出现的问题，将各个单元进一步拆解，取出电容核芯，经详细检查，在卷装内壁的薄膜-纸表面未见明显的人为破损痕迹，但在局部出现潮湿迹象，且电容内壁均匀平整，可以排除电容在卷装过程可能出现的人为破损情况。

最后，经技术部门联合分析整合，基本认定此次CVT设备电压异常情况归咎于供应商在产品生产中未严格遵照工艺流程，导致电容内核芯在尚未完全烘干的条件下就过早施行卷装操作；且在单层卷装操作完成后，并没与及时压实，导致内壁长时间暴露于潮湿的空气中，最终导致电容内核芯受潮加快了介质的损耗。

在检查工作完成后，技术人员与供应商取得联系，供应商在仔细核查产品加工流程时发现在核芯卷装过程中确实出现上述问题，由于当时工厂订单量积压严重，为了加快供应速度，人为缩短了加工流程，给后续安全使用留下巨大威胁[3]。

5 .总结

随着我国社会经济建设的快速发展，各式各样的家用电器不断普及，普通居民的用电量逐年攀升；加之我国工业产业结构转型的不断推进，工业企业对电力供应的依赖性与日俱增。作为供变电系统中重要组件之一的CVT设备，必须严密监视其在工作阶段的介质损耗及电容量变化情况，通过测定电压变化值快速而准确的定位CVT设备内的故障位置及类型，确保CVT设备在出现故障后，能做到早发现、早解决、早预防。

＊ [1] 王学锦，蔡建辉，黄继来，陈达.110KV母线CVT电压异常的原因分析[J].安全生产，2015（5）：32-33.

＊ [2] 张广东，温定筠，胡春江，等.一起CVT故障的处理及分析[J].电力电容器与无功补偿，2015，36（1）：81-83.

＊ [3] 金庆忍，郭敏，陈卫东，楚红波.220KV母线CVT开口三角电压异常定位分析[J].广西电力，2016,39（5）：13-14.