电容式电压互感器绝缘击穿故障处理及防范措施

杨 昊，汪 洋，刘 炬，廖 玄，罗皓文

(国网荆门供电公司，湖北 荆门 448000)

目前电力系统中110 kV及以上电压等级普遍采用电容式电压互感器[1-3]。电网设备存在运行环境复杂、厂家制作工艺良莠不齐及现场安装接线不规范等因素[2]，使母线电容式电压互感器开口三角电压告警甚至继电保护误动作时有发生[4-5]，严重影响电力系统安全运行[6-10]。本文针对某220 kV变电站日常巡视中发现某段母线开口三角电压异常现象,分析原因并提出防范措施，为变电站巡视及类似缺陷处理提供参考。

1 事故经过及现场核查

1.1 事故经过

2019年7月5日，某220 kV变电站二次检修人员在开展继电保护巡查工作中，发现站内110 kV故障录波器5号母线电压3U0突变量频繁启动。同时，该3U0录波波形中还呈现出较大高频分量，尖峰电压曾一度上升至257 V，严重影响站内二次设备安全运行。经过缜密检查与分析，检修人员发现05电容式电压互感器开口三角绕组中性点流过430 mA不平衡电流，确认05 C相电容式电压互感器存在末端放电的情况。8日17时，运维人员将05电容式电压互感器转检修后，发现C相低压互感器二次接线盒内大N端子(分压电容器末端)与开口三角绕组da之间已经击穿。

1.2 现场核查

a.110 kV故障录波器核查

检修人员现场发现，该变电站110 kV故障录波器(中元华电ZH-3型)频繁启动，并伴随“110 kV 5号母线电压3U0突变量启动”报文，已持续近1年，如图1所示。该变电站110 kV 4号、5号母线并列运行，为大电流接地系统，正常运行时，4号、5号母线零序电压均应接近零。但调阅波形后发现，4号、5号母线零序电压波形上有明显差异，5号母线电压波形存在毛刺，且零序电压幅值已超过启动定值6 V(4号母线零序电压仅为0.2 V左右)，如图2所示。

图1 110 kV故障录波器频繁启动

图2 110 kV 5号母线零序电压波形

b.二次回路核查

检查发现该变电站交流电压回路均在主控室“220 kV/110 kV电压并列隔离柜”一点接地，未发现失地或多点接地的情况。用万用表现场测量4号母线零序电压有效值为0.27 V、5号母线为1.589 V。

为进一步观察零序电压波形，检修人员借助示波器对4号、5号母线零序电压进行采样，发现5号母线零序电压存在不寻常的高频分量，且幅值变化较大，峰-峰值高达16 V，如图3所示。同等条件下，借助示波器对220 kV 1号、2号母线零序电压进行分析，发现1号、2号母线零序电压幅值较小，波形中并无高频分量，如图4所示。

图3 110 kV 4号、5号母线零序电压波形

图4 220 kV 1号、2号母线零序电压波形

进一步检查110 kV 4号、5号母线相电压波形，得到2段母线相电压二次有效值均为60.5 V左右，且波形上未见明显差异，呈现正序三相电压关系，如图5所示。

图5 110 kV 4号、5号母线A相电压波形

现场检查端子箱二次回路均接线紧固，开口三角电压、保护电压、计量电压分别通过击穿保险JB1、JB2、JB3接地，二次回路良好，如图6所示。

图6 110 kV04、05互感器电容式电压互感器二次电压接地情况

2 原因分析

变电站110 kV侧为大电流接地系统，4号、5号母线并列运行时，2条母线零序电压应接近于零，且波形一致，当系统故障时，4号、5号母线电压应同时波动。为了验证2条母线在异常情况下，其二次电压变化是否一致，2019年7月8日，检修人员调阅近1周内110 kV故障录波器中所有启动录波波形，发现7月4日12：17：42的录波波形存在异常。

该段录波清晰显示，在装置启动时4号母线各相电压未发生明显变化，零序电压波动不大，如图7所示。然而5号母线零序电压却产生较大波动，电压峰值突然升高至257 V，且三相电压均朝同一个方向变化，如图8所示。经调阅系统各二次设备报告，录波启动时系统并未发生故障。

图7 110 kV04电容式电压互感器故障录波器波形

图8 110 kV05电容式电压互感器故障录波器异常波形

观察到故障录波器启动瞬间，同一时刻的各通道采样值均有细微变化，检修人员怀疑05互感器电压二次回路中性点可能流过短时较大电流，在二次电缆上产生压降，造成电压波动。

为了证实上述推断，检修人员对04、05电容式电压互感器中性线电流进行测试，发现正常运行时，05互感器开口三角绕组中性线电流为430 mA，明显大于正常值(50 mA以下)。

检修人员对05互感器二次电压回路的电流进行逐一测试，发现开口三角电压C相绕组首末端电流不一致，怀疑05 C相电容式电压互感器内部可能存在绝缘击穿，具体测试结果如图9—图11所示。

图9 110 kV04电容式电压互感器零序电压中性线电流

图10 110 kV05电容式电压互感器零序电压中性线电流

图11 05电容式电压互感器TV端子箱中性线测试

7月8日17时，向调度申请将05电容式电压互感器转检修后，检修人员发现C相电容式电压互感器二次接线盒内有放电痕迹。电容式电压互感器分压电容末端大N端子与开口三角da端子间绝缘击穿，导致二次接线板结构破坏后引起电容式电压互感器漏油，如图12—图13所示。

图12 05 C相电容式电压互感器外观检查情况

图13 05 C相电容式电压互感器油位

05电容式电压互感器二次接线桩头击穿后，分压电容器末端直接接到开口三角L601上，相当于经开口三角绕组在电压并列切换屏接地。电容式电压互感器分压电容器末端被钳制到地电位，不会造成相电压波动。放电电流If在二次电缆及电容式电压互感器二次绕组上形成压降ΔU+ΔU′，造成正常运行时零序电压中产生较大高频分量。当绝缘状况发生变化，If出现短时大电流时，零序电压将出现较大尖峰脉冲波形。由于放电电流If直接注入A、B、C相开口三角绕组，也会同步影响A、B、C相电容式电压互感器主磁通，造成保护、计量绕组三相电压发生变化，其放电回路如图14所示。上述分析结果与实际情况一致，由此证实了上述推断。

图14 05电容式电压互感器放电回路

综上所述，110 kV 5号母线零序电压波动的原因为05 C相电容式电压互感器大N端子(分压电容器末端)与开口三角绕组之间绝缘击穿，产生放电电流在回路上形成压降所致，是一起一次电流侵入二次系统的典型案例。

2019年7月10日，检修人员对05 C相电容式电压互感器进行整体更换。送电后变电站110 kV 5号母线零序电压有效值恢复到0.3 V，且故障录波器采样波形不再出现尖峰毛刺。现场利用示波器测量4号、5号母线零序电压，发现波形中不再出现高频分量，缺陷被成功处置，如图15所示。

图15 更换电容式电压互感器后2条母线零序电压波形

3 防范措施

该事故由于C相电容式电压互感器电容器末端通过二次回路接地，导致正常运行时三相电压依然平衡，难以通过常规巡查发现，具有隐蔽性。一次设备通过二次回路接地，一旦放电电流较大、放电时间较长，极有可能造成二次电压波动，引起保护误动作。具体防范措施如下。

a.加强二次设备日常巡视力度。要注重巡查的实效性，严格对照作业指导书(卡)的要求逐项开展，不随意跳项，碰到异常告警一定要做好记录，查明原因。

b.丰富二次回路的检测手段。合理运用先进检测设备(如示波器)，多维度衡量二次回路及设备的运行状况。

c.扩展一次专业相关知识。相关人员要不断学习一次设备的原理和结构，了解设备检测方法，掌握一、二次结合知识点，不断提升现场消缺水平。

4 结语

本文从日常巡视中发现某段母线开口三角电压异常的现象出发，通过二次回路排查及故障录波分析查明，某220 kV变电站内存在开口三角电压突变量频繁启动、波形中呈现出较大高频分量、开口三角绕组中性点不平衡电流等故障现象，最终精确定位出故障点是电压互感器分压电容末端大N端子与开口三角da端子间绝缘击穿导致二次接线板结构破坏。及时处理了一起变电站危急缺陷，并结合生产实际从日常巡视要求、设备检测手段、人员技能水平上提出防范措施，为电容式电压互感器的巡视及缺陷处理提供参考。