两起电容式电压互感器故障的分析与处理

温晓阳，叶 楠，徐文辉，张 隆，黄伟明

(广东电网有限责任公司河源供电局, 广东 河源 517000)

0 引 言

目前，CVT由于其具有体积小、重量轻、维护工作量少、运行可靠性高等优点, 在电力系统中得到了普遍的应用，是电压互感器诸多类型中应用最为广泛的一种，特别是110 kV及以上电压等级中，CVT的市场占有率非常高。因此，针对运行中CVT电气试验研究的重要性也就凸显出来，同时，如何将试验的技术方法与国家标准、行业标准、公司规程等结合在一起，切实有效地指导设备运维工作落地实施也显得尤为重要。该文阐述CVT的工作原理和一些主要试验项目，然后分析两起CVT试验数据异常的案例，通过分析与判断发现故障并采取合理的运维策略进行处理，最后对该类设备在运维中需要注意的事项提出建议，以供工程实际参考。

1 CVT的基本原理和试验情况概述

图1 电容式电压互感器电气原理图Fig.1 Electrical schematic diagram of CVT

CVT在整个组装、出厂、安装、运行期间需要进行包括工频交流耐压、局部放电试验、绝缘检查、电容量、介质损耗等多项试验项目在内的不同类型的试验[2-3]，但当设备投运后，能够对设备状况进行检测跟踪的主要是依靠带电红外测试和周期性停电进行的预防性试验，这其中以电容量测试、介质损耗测试、绝缘电阻测试等常规试验项目为主，必要时辅以绝缘油处理、工频交流耐压试验、局部放电试验等[4]。

2 案例分析

2.1 110 kV某变电站线路电压互感器电容量超标

表1 2017年5月绝缘电阻测试结果Table 1 Test results of insulation resistance in May 2017

表2 2017年5月电容量和介损测试结果Table 2 Test results of capacitance and dielectric loss in May 2017

由于主电容和分压电容的材料目前以膜纸复合绝缘为主，该绝缘结构以金属箔为电极，将其和薄膜、纸从两端重叠后，卷绕成扁筒的形状，构成一个电容单元，每节电容大多由100个左右的小电容单元串联构成[5]，现假设每个小电容单元的电容量为C0，共有100个小电容单元，则总电容量为C0/100。当其中一个电容单元被击穿时，总电容量则变化为C0/99，此时的电容增加量为1%，而此时由于一个串联的电容单元被击穿，运行电压被施加在剩下的99个电容单元上，使其承受电压变大，增加了剩余电容单元被击穿的可能性。考虑各种因素造成的试验误差和裕度，电容值增大2%以上时，应考虑有一个元件击穿，所以规程规定，当电容量与出厂值相比增加量超过2%时，应当缩短试验周期。通过分析表2中数据可知，该CVT的C1电容量与出厂值相比增加量为3.15%。考虑主电容C1有电容单元被击穿的可能，导致总电容增加量为2.49%。为了验证该想法，又对该CVT的变比进行了测试，结果显示，三组二次绕组对应的变比均小于额定值，但不明显。同时，极间绝缘电阻和介损值均满足规程规定值，并无异常，这主要是由于绝缘电阻的测试结果仅能反映贯通性的集中性缺陷、整体受潮、贯通性受潮等，若绝缘只有局部缺陷，而两极间仍有部分良好绝缘时，绝缘电阻降低很少甚至不发生变化。而介质损耗测试仅能发现绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积试品贯通和未贯通的局部缺陷[6]，所以当仅为个别电容单元被击穿这种单一缺陷发生时，绝缘电阻和介质损耗测试结果无法将其体现出来[7]。

因此将该次故障定性为电容单元被击穿后导致的电容量超标，由于增加量超出规定值较少，故经研究决定，将该设备试验周期缩短为1年，并建议此期间由运行每季度对该设备进行红外测温一次[8]。至2018年4月，高试班组对该设备继续开展停电预试工作，该次试验结果分别如表3、表4所示。

表3 2018年4月绝缘电阻测试结果Table 3 Test results of insulation resistance in April 2018

表4 2018年4月电容量和介损测试结果Table 4 Test results of capacitance and dielectric loss in April 2018

由表3、表4数据可知，极间绝缘电阻、中间变压器绝缘电阻、末屏绝缘电阻依然满足规程要求，为合格，介损值也满足2018版规程要求值，不大于0.2%，说明该设备仍未出现整体受潮、贯通性缺陷等故障。但其C1电容量与出厂值相比增加量为3.77%，与上次试验结果相比有明显增加趋势，导致总电容的增加量增加为3.1%，有击穿扩大的可能性，对变比的测量结果也显示比上次测量值与额定值的差值更大了。考虑到该变电站负荷率和用户重要度等因素会导致短周期停电较为困难，故立即对该设备进行了更换处理。

2.2 220 kV某变电站某条110 kV线路电压互感器电容量超标

表5 2017年8月绝缘电阻测试结果Table 5 Test results of insulation resistance in August 2017

表6 2017年8月电容量和介损测试结果Table 6 Test results of capacitance and dielectric loss in August 2017

由表5、表6数据分析可知，该设备的绝缘电阻测试结果均符合规程要求，无异常现象，介损值也均小于规程规定值0.4%(2011版南网规程)[9]，无异常。C1的电容量和总电容量变化与额定值相比均在-5%～+10%范围内，但增加量明显大于2%，按照规程规定需要缩短该设备试验周期。由于该次试验结果显示C1的电容量和总电容量变化较大，超出2%的规定值较多，立即对变比进行了测量，结果如表7所示。

表7 2017年8月变比测试结果Table 7 Test results of transformation ratio in August 2017

由测试结果可知，与额定值相比，变比的变化也比较明显。综上分析，建议对该设备进行更换处理，但由于缺陷发生突然，备品备件无法及时到位，故经研究决定，将该设备的试验周期缩短为三个月，并建议在此期间由运行人员对该设备每月进行一次红外测温工作。直至2018年1月对该设备再次进行停电预试工作，该次试验结果分别如表8～10所示。

表8 2018年1月绝缘电阻测试结果Table 8 Test results of insulation resistance in January 2018

表9 2018年1月电容量和介损测试结果Table 9 Test results of capacitance and dielectric loss in January 2018

表10 2018年1月变比测试结果Table 10 Test results of transformation ratio in January 2018

通过对上述数据进行分析得知，在绝缘电阻和介损值都满足要求的情况下，C1的电容量变化率此时已经超出-5%～+10%范围，增加到11.9%，且总电容量的变化率也由上次的5.26%增加到9.24%，增长趋势明显，且较为严重，变比的变化较之前也更加明显。经各专业研判，立即将该设备退出运行。

以上两起CVT电容量增大的案例由于发现及时，运维策略合理，使故障未继续恶化，未造成电容器爆炸、设备故障被迫停运等严重后果。

3 结 语

通过对电容式电压互感器从结构原理到试验分析，再到两起案例数据的解析与处理措施，总结出以下几点建议，以供参考：

1)应严格按照《电力设备检修试验规程》的周期、项目、标准开展预防性试验。当电容值与出厂值比较增加量超过 2% 时，应引起重视，缩短试验周期，必要时进行相关的检查性试验。

2)当试验分析结果确定需要缩短试验周期时，由于规程未明确规定超标范围对应的试验周期，可结合电容增加量超标的严重程度和运行经验制定合理的运维策略，选择合理的试验周期，避免因试验周期制定不合理造成不能及时掌握设备缺陷发展情况，造成严重后果。

3)当试验结果显示CVT电容量超标时，可辅以其他数据及检查进一步进行分析，比如二次侧电压是否正常，如不正常，增大还是减小，如增大，可考虑C1有电容单元被击穿，如减小，可考虑C2有电容单元被击穿。

4)在缩短试验周期运行期间，可以采取定期红外测温等手段对该设备进行检测，有条件的变电站还可以采用在线监测技术，对二次电压进行实时监测，确保设备在异常运行时第一时间被发现。

5)因CVT检修停电困难，故障后的影响较大，解体检查修复的实施难度大、周期长，建议在产品出厂时就把好质量关。