一起35 kV 電容式電壓互感器缺陷的分析及處理

季 燁

(鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224002)

電容式電壓互感器（CVT）相比傳統(tǒng)的串級式電磁型電壓互感器，具有體積小、重量輕、絕緣強度高、造價低、介損小、可以兼作載波通信或線路高頻保護的耦合電容等特點[1]，目前廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的電壓、功率測量、繼電保護和載波通信。文獻[2-5]均是根據(jù)某一具體的CVT 事故，通過試驗或解體等方法分析故障原因，較少對試驗方法本身的準(zhǔn)確性和適用性提出質(zhì)疑并加以驗證。由于每次被試設(shè)備電壓等級、環(huán)境條件等各異，每個事故都有其自身的特點和差異性。針對例行試驗中的一起故障，在固有的試驗方法上，提出用反接法測量CVT的總電容量的方法，并與自激法的試驗結(jié)果比較，從而驗證方法的準(zhǔn)確性，為故障的處理決策提供可靠的依據(jù)。

1 CVT的結(jié)構(gòu)原理

文中35 kV CVT的型號為WVP35-10HF，結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。

圖1 35 kV CVT的結(jié)構(gòu)原理

CVT 主要由電容分壓器、電磁單元和接線端子盒組成，在結(jié)構(gòu)上是電容分壓器加電磁式電壓互感器組合而成。電容分壓器的中壓端子和接地端子穿過密封的油箱蓋引入到油箱中分別與電磁單元的高壓端子和二次接線板的接地端子相連。載波裝置、保護球極（N-E 間）置于二次接線盒內(nèi)，當(dāng)CVT 作載波通信使用時,需將N-E 間連接片斷開；否則需將N-E 用連接片短接。電磁單元的油箱內(nèi)裝有中間變壓器和補償電抗器、阻尼器、保護補償電抗器的低壓避雷器，并充有變壓器油。中間變壓器高壓繞組與補償電抗器串聯(lián),電磁單元的二次繞組端子及接地端子均由二次接線盒引出。CVT 采用電容分壓原理，由主電容C1和分壓電容C2串聯(lián)構(gòu)成電容分壓器，把一次側(cè)的高電壓降為中壓，經(jīng)分壓抽頭引入電磁單元。

2 故障情況

35 kV 鹽東變一次主接線如圖2 所示。2013年10月16 日，對35 kV 鹽東變電站進行35 kV 部分集中檢修，35 kV 間隔及主變?nèi)客ｋ姡?0 kV 鹽李131 線路和附近的35 kV 李灶變的10 kV 李東139 線路形成“手拉手”，由李東139 線路反供鹽東變的10 kV 母線，故鹽東變10 kV 部分全部帶電。鹽東變35 kV 鹽東334 線路壓變例行試驗為工作內(nèi)容之一，該壓變（2005年生產(chǎn)出廠）接于鹽東334 線路A 相上。

圖2 35 kV 鹽東變電站一次主接線

在對其進行例行試驗時，按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書要求，采用Megger 電壓等級為2500 V的絕緣電阻測試儀測量主電容和分壓電容的極間絕緣電阻；采用濟南泛華AI-6000 型電橋，利用自激法測量C1，C2和介質(zhì)損耗，試驗電壓設(shè)為2 kV。試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 鹽東334 線路壓變A 相試驗結(jié)果

從表1 可以看出：（1）鹽東334 線路壓變A 相主電容C1的試驗數(shù)據(jù)正常，絕緣電阻和電容量較2007年試驗數(shù)據(jù)無明顯變化。（2）鹽東334 線路壓變A 相分壓電容C2的絕緣電阻僅有13.3 kΩ，遠遠小于江蘇省電力公司《輸變電設(shè)備交接和狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》對CVT 分壓電容器絕緣電阻的規(guī)定值（極間絕緣電阻≥5000 MΩ）；電容量試驗數(shù)據(jù)變化很大，遠遠超過上述規(guī)程對CVT 分壓電容器介質(zhì)損耗試驗的規(guī)定值（電容量初值差≤2%）；主電容介質(zhì)損耗為負，分壓電容測不出數(shù)據(jù)，起初懷疑測量回路中存在外界干擾因素[7]，但經(jīng)過多次試驗并盡可能排除外界干擾后，試驗結(jié)果變化不大。

測量鹽東334 線路壓變A 相主電容和分壓電容的電容量和介質(zhì)損耗時，試驗電壓只能升到0.4 kV，并未達到設(shè)定的2 kV。

分析此次例行試驗中絕緣電阻試驗可以正常進行，介質(zhì)損耗試驗未能得出有效數(shù)據(jù)，初步分析是鹽東334 線路壓變A 相測量回路中有短路現(xiàn)象[3]或互感器中間變壓器的勵磁回路存在問題[4]。CVT 一般情況下均為疊裝式結(jié)構(gòu)，無中壓引出端子，因此在測量過程中很難將電磁單元和電容分壓器分開測量。主電容的絕緣電阻和電容量均合格，而分壓電容的絕緣電阻和電容量均不合格。因測量回路中的干擾因素，試驗電壓無法升到設(shè)定值，因此無法得到主電容和分壓電容介質(zhì)損耗的有效結(jié)果。初步判斷是分壓電容擊穿短路所致。

3 結(jié)果分析

為了驗證判斷，采用反接法對該壓變整體電容進行測量,試驗接線如圖3 所示，高壓端加壓，中間變壓器末端懸空，二次繞組短路接地，將其試驗結(jié)果與自激法測量的數(shù)據(jù)進行比較，從而驗證上述自激法測量的C1，C2結(jié)果是否準(zhǔn)確。

反接法測出主電容和分壓電容串聯(lián)的總電容C反串為9421 pF。自激法測量中，兩者串聯(lián)的總電容C自串為：

圖3 反接法測量整體電容量和介質(zhì)損耗的原理

計算得C自串為9441 pF。反接法測出的整體電容量和自激法測出的電容量非常接近，誤差僅為0.21%，由此可以確定自激法測量的C1，C2無誤，從而驗證了分壓電容擊穿短的推斷。

隨后又對該CVT 二次線圈的絕緣電阻和直流電阻進行了測量，與2007年試驗數(shù)據(jù)相比均無明顯變化，進而確定中間變壓器并無故障。

綜合以上試驗結(jié)果可以判斷：鹽東334 線路壓變A 相的分壓電容器已擊穿短路，但事后與調(diào)度部門溝通,該壓變在當(dāng)天凌晨6 點（停電前）采集信號時信號傳輸仍然正常。綜合現(xiàn)場情況分析可能是由于該壓變在停電過程中，鹽東334 線路對側(cè)的110 kV 黃尖變的鹽東334 出線斷路器分開時，開關(guān)三相不同期引起的操作過電壓或者CVT 中間變壓器的電感能量釋放引起的內(nèi)部過電壓將分壓電容器擊穿。

對該壓變進行更換處理，并進行返廠解體檢查，證實了故障CVT的分壓電容的確已擊穿短路。

4 措施和建議

對運行設(shè)備進行停電例行試驗發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在如此重大缺陷的案例不多，因此對該案例應(yīng)足夠重視。針對CVT的運行和檢修工作提出以下防范措施和建議：

（1）應(yīng)結(jié)合設(shè)備檢修周期對公司管轄范圍內(nèi)該廠家的CVT 和同型號的電壓互感器進行一次專項排查，杜絕隱患，預(yù)防在先。

（2）加強CVT的運行維護工作，重視紅外測溫的開展和對CVT 二次輸出電壓參數(shù)的監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)運行中的CVT 發(fā)熱或輸出電壓異常等現(xiàn)象，應(yīng)及時匯報并采取措施。

（3）有條件可以安裝CVT 在線監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測其運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

（4）每次例行試驗時都要認真準(zhǔn)確得出試驗數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進行比對。出現(xiàn)異常結(jié)果應(yīng)通過多種方法排除干擾，查明原因。如懷疑設(shè)備確實存在缺陷，應(yīng)立即退出運行，盡快檢查處理。

（5）采購設(shè)備時建議設(shè)備廠家改進制造工藝，加強密封性能，嚴(yán)格出廠試驗，確保電容分壓器和電磁單元的絕緣強度，杜絕此類故障的發(fā)生。

5 結(jié)束語

針對一起35 kV CVT 在停電例行試驗中診斷出的分壓電容器擊穿短路的案例分析，從試驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，提出對于故障原因的猜想，然后加以驗證，最終得出結(jié)論。分壓電容器中出現(xiàn)電容器擊穿短路是導(dǎo)致介質(zhì)損耗試驗結(jié)果異常甚至得不出結(jié)果的主要原因。在今后的試驗中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)無法得出試驗數(shù)據(jù)或試驗數(shù)據(jù)超標(biāo)時，應(yīng)在排除外界電磁場干擾、接觸不良等原因后，再進一步分析判斷，防止引起誤判斷。確定試驗結(jié)果異常后，應(yīng)質(zhì)疑測量回路中的元件是否已經(jīng)損壞，并通過相應(yīng)方法加以驗證。

[1]劉寶貴.發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備第一版[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2008：59-60.

[2]李 輝，姚龍泉.電容式電壓互感器負介損值現(xiàn)象分析與解決措施[J].四川電力技術(shù).2010，33（3）：84-86.

[3]張春燕.幾起電容式電壓互感器故障分析[J].江蘇電機工程.2012，31(3)：15-16.

[4]劉 滔.電容式電壓互感器分壓電容介損現(xiàn)場測試時應(yīng)注意的一個問題[J].電力電容器.2002(3)：34-35.

[5]陳明光，包玉樹，張興沛.一起電容式電壓互感器電磁單元故障分析[J].江蘇電機工程.2012，31(5)：15-16.