一起110 kV电容式电压互感器缺陷分析

林景福，黄涛，任重

(深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000)

目前电力系统中110 kV及以上电压等级多采用电容式电压互感器[1-2](capacitor voltage transformer，CVT)。CVT在正常运行时接近空载，其温升一般并不明显，一旦出现较大温升，说明该设备出现了较大的问题，需要立即处理[3]。特别是当运行状态下的CVT二次线圈出现短路故障，将产生很大的短路电流，致使二次线圈异常发热甚至烧毁，严重时危及设备、系统及人身安全。因而在日常运维过程中，提高CVT试验数据准确性，对设备健康状态评价十分重要[4-6]。

1 典型CVT结构简介

典型CVT为单相单柱式结构，由电容分压器和电磁单元两部分组成，如图1所示。电容分压器由多个电容串联组成，分为主电容器和分压电容器。电磁装置由电磁式电压互感器和电抗器组成，它的作用是将分压电容器上的电压降低到所需的二次电压值。由于分压电容器上的电压会随负荷变化，所以在分压回路串入电抗器，可以补偿电容器的内阻抗，使二次电压稳定[7-9]。

①-电容分压器；②-电磁单元；③-主电容；④-分压电容；⑤-中间变压器；⑥-谐振电抗器；⑦-阻尼器；⑧-保护间隙；⑨-阻尼器连接片；⑩-一次接线端；-二次输出端；-接地端；-绝缘油；-电容分压器管套；-电磁单元箱体；-端子箱；-外置式金属膨胀器。

图2为CVT原理，系统一次侧电压通过串联电容C1、C2分压，然后通过中间变压器T，利用电磁感应原理，对一次侧进行二次降压，最终在二次绕组侧获得相应的测量电压，作为表计、继电保护等装置的电压源[10]。

图2 CVT原理

图2中：C1为主电容；C2为分压电容；T为中间变压器；P为载波装置；F为保护间隙；L为补偿电抗器；1a、1n为主二次绕组；2a、2n为辅助二次绕组；da、dn为剩余二次绕组；ZD1、ZD2为阻尼装置。

2 缺陷案例

2019年9月26日，试验人员对某110 kV变电站内变电设备进行红外检测时，发现某110 kV线路CVT下部油箱中上部存在异常发热。最高发热温度为60.8 ℃，相邻间隔正常运行的CVT温度为40.2 ℃，两者温差达20.6 ℃，如图3所示。根据文献[11]标准，要求运行中CVT温差不大于2～3 ℃，说明该CVT存在电压致热型发热缺陷。

(a) 缺陷相

试验人员观察CVT电磁单元箱体油位窗口，发现油位无异常，同时对该线路保护屏二次电压进行检查，发现该线路电压示值在90～110 V之间不断变动(其他线路保护屏稳定在104 V左右)。经继保专业人员现场检查，排除了保护装置故障的可能性。初步怀疑一次设备存在异常，CVT电磁单元内部存在缺陷，立即申请紧急停电进行检查。

3 试验分析

3.1 电气试验

经调度批复停电后，试验人员立即对该CVT电容分压器进行了绝缘电阻、介损、电容量等高压试验项目。现场测试绝缘电阻与历史测试结果相比无显著变化，满足文献[12]中的标准要求。介损tan δ和电容量试验数据见表1。

表1 介损和电容量试验数据

根据文献[12]中的标准要求，CVT介损tan δ不大于0.2%，电容偏差在-5%～+10%范围内。表1中的各项试验数据均在规程要求范围内，说明该CVT的电容分压器正常。

因CVT发热部位处在油箱中上端，在电磁单元的中间变压器位置，所以试验人员重点测试了中间变压器。中间变压器一次绕组对二次绕组及地的绝缘电阻的测试结果为100 MΩ，远小于文献[12]要求值1 000 MΩ。由此初步判断该CVT内部中间变压器存在绕组短路故障。

3.2 油色谱试验

为进一步确定故障原因，试验人员又对该CVT油箱中的绝缘油采样，进行油色谱试验和微水、耐压、介损试验。试验结果见表2、表3。

表2 油色谱试验数据 μL/L

表3 微水、耐压、介损数据

文献[12]中要求绝缘油中溶解氢气、总烃的注意值分别为150 μL/L，100 μL/L。从表2中油色谱试验结果中可以看出，油中氢气、总烃的含量均已超标。表3中绝缘油的微水、击穿电压、介损试验结果均为合格。

运用三比值法对油色谱试验数据进行计算，得到的编码组合为：0、0、1，如表4所示。结果显示该CVT内部发生低温过热故障(低于150 ℃)，并由此引发绝缘油溶解气体异常，因而确定该CVT中间变压器存在故障。

表4 故障气体比值和编码

3.3 故障原因分析

造成该起CVT发热故障的原因为中间变压器一次绕组绝缘性能降低，分接头对地产生火花放电，从而致使中间变压器一次绕组短路。分压电容C2上的电压将全部加于补偿电抗器L上，突变的电流致使短路点异常发热，并逐次传递到周围绝缘油、电磁单元箱体。

该CVT于2011年11月出厂，同批次同型号设备尚未出现发热缺陷，因此排除家族性缺陷可能，此次缺陷属于个例，由于此次缺陷发现及时，未对电网产生严重影响。

4 运维建议

(1)积极开展CVT设备在线监测工作和红外检测工作，通过检查线路保护屏电压与红外检测相结合，判断CVT是否为一次设备的缺陷情况。

(2)当发现CVT电容量和介损值与出厂值或历史值有明显增长趋势时，应查明具体原因，同时缩短试验周期，不合格的应尽快处理或更换。

(3)油色谱及微水试验分析可以发现CVT存在的潜伏性故障，结合高压试验可对异常设备进行更加准确的判断。

(4)CVT如出现渗漏油、电磁单元油箱油位异常时应立即检查，防止因绝缘油泄漏而引起一次设备故障。

(5)对电磁单元部分发现有异常发热或响声时，应将CVT退出运行，进行详细试验、检查及处理。