基于SCADA 系统的CVT 缺陷排查与分析

邱炜，林岑，郭超，罗杨，高竣，杨红权，刘彦琴，刘鑫，陈佳，曾晓维

（1.国网四川省电力公司成都供电公司，成都 610000；2.四川宏业益森电力有限公司，成都 610000）

0 引言

电压互感器可将电网一次电压采集转化供保护、计量及测控等装置使用，可分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器（capacitor voltage transformer，CVT）[1-3]。CVT 主要由电容分压器和中间电压电磁单元组成，由于其体积小、重量轻、维护方便和价格便宜等优点，在110 kV 及以上电压等级变电站内广泛应用[4-6]。但是，受设计水平、制造工艺等多种因素的影响[5-8]，CVT 质量问题较多，在现场运行中故障率远远高于常规的电磁式电压互感器和耦合电容器，严重时导致主绝缘击穿，引起电容器爆炸，威胁电网的安全运行[9-12]。

目前，涉及CVT 固定式带电检测技术主要包括泄漏电流、本体介损、本体电容量检测技术。但是上述3 种技术需要将信号从设备末屏中引出，往往要更改末屏结构，不仅工作量大，而且带来一定的运行风险，且本体介损、电容量的固定式带电检测技术往往受到天气、温度的影响，导致结果波动较大，不能很好的发现设备的早期绝缘故障[13-15]。

据统计，目前某电网在役电压互感器约3 000 台，其中CVT 占比达47.1%，均全部用于常规站和半GIS 站，要实现如此庞大体量的CVT 设备状态的评估，周期长且工作量大，难以获得及时反馈。利用SCADA 系统的现有数据，可实现CVT 缺陷的提前发现和及时处理，相比红外巡视、停电例行试验等方法具有更强灵活性和及时性。本文介绍了基于SCADA 系统的CVT 缺陷排查方法，分析了其中典型CVT 缺陷闭环检修处理案例，可为今后其他电网设备缺陷的在线排查与及时处理提供参考经验[16-18]。

1 CVT等效电路

CVT 主要由电容分压器和中压变压器两部分组成，其典型电气接线见图1。

图1 CVT电气接线图Fig.1 Electrical wiring diagram of CVT

CVT 等效电路见图2 所示。图中：R1、X1分别为一次侧绕组的等值电阻和等值电抗；R2、X2分别为归算到一次侧的二次侧绕组的等值电阻和等值电抗；Rm、Xm分别为励磁回路的等值电阻和等值电抗；RL、XL分别为补偿电抗器的等值电阻和等值电抗；Zd为阻尼电阻的等值阻抗。

图2 CVT等效电路图Fig.2 Equivalent circuit diagram of CVT

由于一、二次绕组的等值电阻R1、R2、RL远小于其感抗，忽略R1、R2、RL，其余电抗之和为X总，根据电路基本原理可得到下列公式

综合公式（1）-（3），推导得到

2 基于SCADA系统的CVT数据挖掘

电网调度控制系统整合了各个层级的数据，实现调度控制中心统一管控，其中一个重要的层级就是智能监控[22-31]，即数据收集层——数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA），他依托电网已有的数据采集设备，实时地将电压、电流等电力系统信息收集并汇总，通过访问其数据库即可获得CVT 的电压实时或历史数据。结合前文理论分析可以知道，通过追踪电压数据的变化情况，就可以基于现有系统实现对CVT 状态的在线监测，排查其潜在缺陷，达到精准消缺的目的[32]。文献[32]也结合此理论，开展了基于SCADA 的在线监测系统的研究，侧重于在线监测系统的理论构建。为了构建扎实的实践基础，本文依托SCADA 系统中数据，落脚于CVT 缺陷的现场排查，以此来完善此理论并验证其有效性。

通过对同站同类型CVT 电压数据的横向和纵向比较，对某地区100 多座变电站开展CVT 电压差异排查，通过到变电站对源端电压进行核实，排除二次部分缺陷及干扰，初步发现CVT 电压异常8 组，如下表1 所示。

表1 异常CVT统计Table 1 Statistic of abnormal CVT

需要跟踪监测26 组，已停电解体验证4 组，均存在部分电容单元击穿，应用成效显著。下文结合其中一起典型案例详细介绍基于SCADA 系统数据的CVT 缺陷发现与分析。

3 典型案例

3.1 缺陷排查

基于SCADA 系统对110 kV 甲站143 间隔二次侧三相电压监视，发现三相电压不平衡，对站上源端电压进行复测，数据一致，对该站所有二次端电压进行筛选统计，母线电压均有两组二次端子采集，所有二次端子采集的具体电压数据见表2。

表2 甲站所有CVT二次电压统计Table 2 All CVT secondary voltage statistics of station Jia

由上表可以看到，母线两组二次端子采集的电压误差在0.8 V 以内，且同一组二次端子采集A，B，C 三相电压的误差更小，横向对比相邻间隔以及I 母、II 母二次侧电压，143 间隔二次电压三相间存在明显不平衡，相间二次电压偏差达9.8 V，B 相电压明显偏低，判断143 线路B 相CVT 存在缺陷。

3.2 诊断试验

对线路143 B 相CVT 开展停电诊断试验，诊断试验数据见表3。

表3 110 kV甲金线143 B相CVT诊断数据Table 3 Diagnostic data of CVT of phase B of 110kV Jiajin 143 line

3.1.1 电容量分析

根据铭牌数据计算出一次绕组C总出厂值为

根据自激法诊断数据结果计算出一次绕组C总实测值为

C1初值差为

C2初值差为

C总初值差为

对比2014 年总电容量历史值以及C1、C2铭牌值，2020 年该CVT 电容量变化较大，其总的电容初值差达7.27%，不满足规程要求（初值差≤2%），因此怀疑CVT 内部电容元件存在击穿缺陷。

3.1.2 变比分析

根据铭牌电容量计算一次绕组电容额定分压比为

根据CVT 铭牌其总变比k=1 100，推算中间变压器变比为

根据诊断试验数据实测该异常CVT 一次绕组电容分压比变为

假设中间变压器无异常，变比不变，由此可推出该异常CVT 实际变比k′计算值为

k′=K′n=5.64×228.5=1 288.78（13）

可见，该CVT 变比计算值（1 288.78）与B 相变比实测值（1 282）基本吻合，证实中间变压器变比正常，排除中间变压器故障。

取一次侧A 相电压作为线路参考电压67.1 kV，计算出该异常CVT 二次侧采集电压U应为

可见，理论计算值52.07 V 与实际B 相二次侧采集值52.4 V 相吻合，排除二次电压采集回路故障。

综合诊断试验数据理论分析，排除中间变压器和二次电压采集回路故障，判断该CVT 内部电容单元存在缺陷，建议后续解体检修要对电容单元进行重点检查。

3.3 解体验证

随后对该CVT 开展解体工作，对各部件进行充分检查。中压变压器结构见图3，分别对中间变压器、补偿电抗和避雷器进行检查和测试，外观无异常，且变比、直流电阻、绝缘电阻、励磁特性等试验数据均合格，与上述理论计算分析结果一致，排除中压变压器各设备故障。

图3 中压变压器解体图Fig.3 Disintegration diagram of medium voltage transformer

该CVT 的电容器上下节分别由76 片电容元件串联叠装组成，再由绝缘支架固定，最后封装在充油瓷瓶内部，两个电容元件之间由铝制引箔片连接，其中C1有61 片，C2有15 片，用容值表对解体之后的每一片电容元件进行电容量测量，如图4 所示，正常电容元件的电容量为1.2 μF 左右，故障电容元件的电容量异常偏大。

图4 电容单元电容量测试图Fig.4 Capacitance test diagram of capacitor unit

图5 C1电容元件烧蚀图Fig.5 Burning trace of capacitor element C1

4 结语

通过对SCADA 系统中CVT 电压数据的排查与统计分析，发现多个变电站CVT 存在异常，进一步诊断分析确定了CVT 电容单元可能存在击穿等故障，利用一起解体案例验证了理论分析与数据排查的有效性，一定程度上实现了对CVT 状态的实时监控与预警，为精准检修策略提供了依据，避免了缺陷进一步发展引发电网事故。同时该方法可及时有效发现潜在缺陷，克服了传统例行试验发现缺陷周期较长的问题。此外，由于CVT 一次侧为几十甚至上百个电容单元串联而成，单个电容单元的击穿不会引起较为明显的电压不平衡率，但串联电容的击穿将导致其他电容单元承受的电压增大，加大缺陷进一步发展的概率，最终引发CVT 爆炸等事故发生，因此更需要实时关注CVT 电压值等信息的变化情况，建议后续进一步深化应用基于SCADA 系统的CVT 缺陷排查，结合站内巡视结果，主动排查缺陷，及时给出预警与检修策略，避免缺陷劣化。