中国南方电网超高压输电公司 广州局广州 510405
摘要：CVT受制造工艺、设计水平等多种因素影响，在运行中可能会发生各种故障，这些故障多以二次电压异常情况表现出来。本文通过介绍祯宝乙线C相CVT运行中二次电压偏高故障处理过程，分析二次电压偏差跟内部电容单元击穿数量之间的量化关系，探讨实时监测、分析CVT运行中二次电压数值变化，对于及时、有效地发现互感器内部电容单元击穿故障的重要意义。
关键词：二次电压；电容单元；击穿
0 引言
电容式电压互感器（以下简称 CVT）是由电容分压器和中间电压电磁单元组成的具有独特结构的电气设备。它主要用于测量、继电保护、同步检测、长距离通信、遥测和监控等，同时在实际应用中又能可靠阻尼铁磁谐振和具备优良的瞬变响应特性等，因此在电力系统中得到广泛应用[1]。CVT受制造工艺、设计水平等多种因素影响，在运行中可能会发生各种故障，这些故障多以二次电压异常情况表现出来。本文通过介绍祯宝乙线C相CVT运行中二次电压偏高故障处理过程，分析二次电压偏差跟内部电容单元击穿数量之间的量化关系，探讨实时监测、分析CVT运行中二次电压数值变化，对于及时、有效地发现互感器内部电容单元击穿故障的重要意义。
1 CVT工作原理
500kV电容分压器分C1（主电容器）和C2（分
压电容器）两部分。其中C1由C11，C12，C13 三个电容串联组成，电磁装置将分压电容器C2上的电压降低到所需的稳定的二次电压值，供继电保护和计量、测量回路使用，电气原理如图1所示。
2故障现象
2016年2月11日，运行人员监盘发现500kV祯宝乙线C相CVT相电压与其他两相相比明显偏大。工作站显示500kV祯宝乙线线电压Uab、Ubc、Uca分别为529kV、534kV、532kV；现场检查500kV祯宝乙线线路保护屏1和屏2 DSP采样一次值三相相电压分别为305kV、306kV、309kV；500kV第三串就地控制接口屏采样显示500kV祯宝乙线三相相电压分别为305kV、306kV、310kV。
3现场检查试验
停电后首先对设备进行外观检查，CVT瓷套表面无破损，电磁装置油位正常无渗油，所有二次端子接线紧固，无松动现象。试验测量介损和电容值（见表1）。从表1数据可以看出，祯宝乙线C相CVT的C11（上节）电容值比出厂值增加3.5%，符合《规程》应缩短试验周期的规定；介损值满足《规程》不大于0.4%的要求，但比出厂值增加超过500%；其余各节电容值与出厂值相比无明显变化。初步判断C11电容内部出现电容单元短路故障，为进一步确定故障原因和严重程度，将该CVT运回厂家进行解剖分析。
4返厂解剖检查
CVT返厂后，生产厂家对各节分压器进行复测，试验数据跟现场测量数据基本一致。解体后检查上、下端盖内、外表面，均无受潮、放电痕迹。开盖后检查分压器内部绝缘油，油位正常，油内有少量碳化物，颜色正常。取油样进行介损和耐压试验，试验结果合格。
取出电容芯子，检查芯子各连接部位均无松动，无放电痕迹，芯子表面干净。对芯子上元件逐一进行2.15kV的直流耐压检查和电容测量，发现从上往下数第29、30、32、52、55元件击穿，其他完好元件电容值均合格。进一步检查耐压试验不通过的5只电容元件，击穿元件表面无明显异常。相邻两个元件状况完好，无明显异常现象。将5个击穿元件再进行解剖，发现击穿点主要处在元件铜引线片边缘位置及元件边缘位置（场强极不均匀区），除此之外无其他异常现象如图2所示，完好元件如图3所示。
5 元件击穿原因分析
5.1可能原因
1）原材料
原材料介质膜和纸存在电弱点过多，电弱点在在长期的电压和温度的作用下老化导致元件击穿。
2）制造工艺
a. 元件极板铜引出片边缘毛刺清理不干净，造成电弱点导致元件击穿。由于元件极板铜引出片的制造采用冲压的方式，铜引出片边缘容易产生毛刺，局部场强集中，毛刺有可能会产生低能局部发电，在电场和热场的长期作用下导致部分元件击穿。
b. 元件制造过程中造成元件损伤
元件电极的引出采用人工进行，元件卷制过程中操作人员在插入引出片时，可能碰伤元件原材料，造成元件介质损伤，形成电弱点。
c. 元件击穿部位分析
元件的表面分为场强均匀区、场强畸变区、场强极不均匀区如图4。极不均匀区的击穿为正常击穿，通常由短时过电压导致；畸变区击穿通常为高能局放导致的击穿；均匀区击穿，通常为低能局放导致的击穿，即电弱点类型的击穿。
5.2本次故障的产生原因和过程
根据原材料检验、生产过程追溯、同批次产品运行及试验解剖等情况，综合分析认为此次故障发生的原因和过程如下：首先，某个元件铜引出片边缘在制造时未清理干净，造成毛刺残留，局部场强集中，产生低能局放，致使局部绝缘油及介质逐渐老化，形成了元件电弱点或者元件卷制过程中操作人员在插入引出片时，碰伤元件，造成元件介质损伤，形成电弱点。然后，CVT运行时个别电弱点在长期运行电压和温度的作用下老化最终导致个别元件击穿，其余正常元件承受的电压升高。最后，其他元件长期过负荷运行，导致部分元件逐渐击穿，电容量变大、损耗增大。
6 电容元件击穿与二次测量电压之间的关系
祯宝乙线CVT设计参数如表2，可以看出CVT在设计时C1主电容器（包括C11、C12、C13）电容单元的设计参数基本一致，因此我们可以假设C1主电容器由m节电容量为Cm的电容单元串联，C2分压电容器由n节电容量为Cn的电容单元串联，由此可以通过计算分析C1、C2分别有电容元件故障时二次测量电压的变化情况。假设额定运行相电压为UN，正常二次测量电压为Uo，损坏单元个数为k，实际测量电压为Uo’。
1）C1有k个电容单元损坏，C2正常：
，可以看出Uo’>Uo，C1有电容单元损坏会导致二次测量电压升高。变化率为：
，将设计参数代入后求得在C1有5个电容单元损坏时二次电压升高约1.08%。运行监测C相相电压为309.5kV（两套保护屏平均值），C相比B相偏大约1.14%，比A相偏大约1.47%，理论计算偏差和实际监测偏差基本一致。存在5个单元击穿的上节电容器C11，电容量理论计算值偏大3.01%，停电实际测量值较出厂值偏大3.52%，偏差值也基本吻合。上述分析可以看出后台监测电压偏差达到1%时，单节C11电容器电容量较出厂值偏差超过3%。《南方电网预防性试验规程》规定：“单节电容器电容值与出厂值相比增加量超过+2%时，应缩短试验周期”，因此建议在运行中发现CVT二次监测电压值偏大超过1%时应对该设备进行停电试验检查。
2）C1正常，C2有k个电容单元损坏：
，可以看出Uo’<Uo，C2有电容单元损坏会导致二次测量电压降低，变化率为：
，而C2电容量会变大，电容量变化率为
。随着C2电容单元损坏数量的增加，C2电容量增长率要大于二次监测电压变化率。将设计参数代入后求得，在C2有1节电容单元损坏时二次电压降低约3.2%，C2电容量偏大约3.4%；在C2有5节电容单元损坏时二次电压降低约6.4%，C2电容量偏大约7.1%。
综上所述，运行中的CVT如果存在单独存在C1电容器电容单元击穿故障会出现二次测量电压偏高现象；如果单独存在C2电容器电容单元击穿故障则会出现二次测量电压偏低现象；如果两者都存在击穿故障二次测量电压偏大偏小取决于损坏严重程度。因此要重视CVT运行中监测电压异常现象，如果监测电压相间偏差超过1%，应根据实际情况加强观测必要时申请停电进行检查。常规预防性试验数据也要注意分析变化趋势，单节电容增大超过2%时，有条件的建议进行更换。上述分析是建立在保护测量装置准确和中间变压器工作正常的情况下进行的，本文不对这两种情况进行分析。
7 结论和建议
1）运行中的CVT如果存在单独存在C1电容器电容单元击穿故障会出现二次测量电压偏高现象；如果单独存在C2电容器电容单元击穿故障则会出现二次测量电压偏低现象；如果两者都存在击穿故障二次测量电压偏大偏小取决于损坏严重程度。
2）重视CVT运行中监测电压异常现象，加强在线监测。如果监测电压相间偏差超过1%，则意味着CVT单节电容偏差超过《规程》要求，应根据实际情况申请停电进行检查。
3）常规预防性试验数据也要注意分析变化趋势，单节电容增大超过2%时，有条件的建议进行更换。
4）提高CVT产品质量。选用合格的原材料，改进制造工艺避免元件铜引出片存在毛刺，提高生产人员装配水平。
参考文献：
[1]田晓云，朱治海，王亚平． 电容式电压互感器二次电压偏高的原因分析［J］． 内蒙古电力技术，2009（5）：47-49．
[2]刘胜军，王慷，郭猛． 电容式电压互感器二次电压偏高分析［J］． 变压器，2010（4）：66-68，71．
[3]王晓辉，赵卫华． 500 kV 电容式电压互感器二次电压异常状况的分析与处理［J］． 上海电力学院学报，2009（1）：10-12，22．
论文作者:黄学民
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/11
标签：电压论文; 元件论文; 电容论文; 单元论文; 测量论文; 故障论文; 偏差论文; 《基层建设》2017年第25期论文;