广东电网有限责任公司惠州供电局 广东惠州 516001
摘要：电力的快速发展使我国其它行业发展非常迅速。为了降低500kV电容式电压互感器(CVT)故障导致电量计量错误或事故的风险，依据CVT工作原理及特点，结合某水电站运行实例，用正接、反接屏蔽和自激法分析了运行中CVT出现的典型故障和原因。
关键词：500kV电容式电压互感器；运行监视及故障分析处理
引言
电力的发展奠定了我国整体经济发展的基础。电容式电压互感器（CVT）在运行过程中误差稳定性不高，易出现计量误差超差现象，直接影响电能计量的准确性。
1 CVT工作原理
电容式电压互感器(CVT)由电容分压器和电磁单元两部分组成，其设计和相互连接使电磁单元的二次电压实质上正比于一次电压，且相位差在连接方向正确时接近于零。C1是由C11、C12、C13组成电容分压器的高压电容，C2是电容分压器的中压电容，载波耦合电容器C是由C1和C2组成;500kVCVT共有三节瓷套，C11在上节瓷套中，C12在中节瓷套中，C13和C2在下节瓷套中并由法兰和电磁部分连接在一起;T为中间电压变压器，将中间电压降为100/槡3V和100V两种电压输出，并按一定精度提供一定的输出容量，供电压测量、功率测量及二次继电保护用;P为保护装置，作用是限制补偿电抗器上的过电压，并参与抑制铁磁谐振;XL为补偿电抗器，XL与T的漏抗一起，与电容分压器的等值容抗在工频下处于串联谐振状态，以补偿电容分压器的容抗压降，使电容式电压互感器的二次输出精度高、输出容量大。Z为阻尼装置，是由速饱和电抗器与电阻串联组成，其作用是阻尼电容式电压互感器可能出现的铁磁谐振。在该CVT中，抑制铁磁谐振的回路有两个。第一个是阻尼装置Z，由速饱和电抗器与电阻串联组成，并联于剩余电压绕组，其工作原理是利用速饱和电抗器具有一电压域阀值的特性，也就是当其端电压小于电压域阀值时，磁路不饱和，呈现很高的感抗，流过的电流很小，当其端电压大于电压域阀值时，磁路迅速深度饱和，流过的电流剧增。当电容式电压互感器正常运行时，剩余电压绕组电压小于电抗器的电压域阀值，阻尼装置吸收很小的电流，对电容式电压互感器正常运行影响很小;当铁磁谐振出现时，剩余电压绕组电压剧增，大大超过电抗器的电压域阀值，流过阻尼装置的电流剧增，电阻瞬时消耗大量的电能，迅速抑制铁磁谐振;第二个回路由限压器组成，与补偿电抗器并联连接，当发生铁磁谐振时，保护装置动作，改变了原来的电路参数，破坏了谐振条件，起到辅助抑制铁磁谐振的作用。
2 CVT计量误差理论分析
CVT的物理结构，其主要由电容分压单元和电磁单元两部分组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容芯子组成，并充以CVT绝缘油；电磁单元由装在密封油箱内的中间变压器、补偿电抗器和阻尼装置等组成。电网电压经电容分压器单元分压后，由电磁式互感器进行降压和隔离，输出多组计量和保护电压信号。当系统正常运行时，该偏差值误差较小，满足0.2级计量准确度需求，主要由以下两部分组成：①由自由噪声υｔ组成的随机误差；②系统误差ｓｘ，由CVT的性能结构决定。在CVT的运行过程中，当由于运行环境等原因导致各个功能单元发生异常时，将导致随机误差和系统误差增大，影响CVT的计量准确度。若能准确分析电网的一次物理状态量，则可评估CVT的计量误差状态。现有的基于信号处理的方法正是基于电网一次物理信号稳定的假设条件实现的，在这类方法中评估标准量是稳定的一次物理信号。基于模型解析的方法则是基于求取电网一次物理状态量的真值实现的，在这类方法中评估标准量是建立的数学模型。要准确评估电网一次电压的波动对CVT计量误差的影响，需将二者进行有效的分离。
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3异常处理注意事项
运行中，当CVT内发生电容元件损坏时，剩余的电容元件所承受的电压会升高，损坏的元件越多，其他元件所承受的电压越高，就容易引起绝缘击穿，并形成一个恶性循环，最终导致烧毁或爆炸。因此，当怀疑CVT有异常时，处理过程必须在确保安全的情况下慎重操作。运行人员巡回检查CVT时，必须保持一定的安全距离，当发现CVT本体有异常严重缺陷时，应立即汇报值班值长，联系调度作停电处理。当发现二次侧空气开关跳闸时，在确保一次设备无异常的情况下，可以试恢复二次空气开关的运行。
4 CVT计量性能在线评估
三相CVT在运行过程中会产生大量的测量数据，由于电网输电系统是三相运行的，三相一次电压信号存在线性相关性，可利用统计分析的方法对其进行相关性分析。在统计学中常见的相关性分析方法有二元变量相关分析、回归分析、关联分析以及聚类分析等。其中，二元变量相关分析主要针对二元统计量的统计相关性分析；回归分析是运用统计推断的方式推测多元变量之间相关性的有无和形式；用于发掘数据属性之间潜在的有利用价值的联系，该方法主要用于商业数据分析；聚类分析是一种探索性的分析方法，根据数据集的属性相关性对数据集进行分析。上述几种相关性分析方法主要用于数据相关性的探索，并不适用于将关联数据与其他类型的数据进行相互分离。本文主要采取一种基于主元分析的数据相关性分析方法。当某一个变量在统计过程中发生异常时，监测样本数据在新的坐标系下会有某种程度的背离，通过监测偏离程度的大小就可以判断是否出现异常。
5运行监视
500kVCVT内部故障以电容元件击穿为主，由于内部元件击穿是一个缓慢发展的过程，若未及时发现处理，将有可能导致CVT内部元件逐渐击穿，进而引起继电保护装置误动作、设备爆炸等事故。介质损耗的大小是衡量高压电容性设备绝缘水平的一项重要指标，因此测量电容性设备的整体绝缘介质损耗(简称介损)tanδ可较为灵敏地发现电容性设备的绝缘缺陷，对CVT在线监测，及时预测并诊断故障，对确保设备的正常运行，提高电网的可靠性都具有重要意义。对于实现CVT在线监测系统的变电站或发电厂，运行人员或设备管理师巡回检查时，要及时查看CVT的电容量和介损等监测参数，进行趋势分析和比较，可以较早地发现CVT的异常情况。对于未装设CVT在线监测系统的变电站或发电厂，运行或维护人员可以定期对二次电压进行测量和记录，通过二次电压的幅值、相位和波形判断设备的运行状况。对于存在缺陷的CVT，应及时处理或更换，如果tanδ上升可怀疑或存在缺陷，应缩短检修周期，及时进行预防性试验，跟踪和分析，以查明原因。CVT是全封闭设备，除发生渗漏油、异常声响等较易发现的故障，其他故障一般不易直观发现，必须采取技术手段才能发现运行中可能出现的异常情况。根据CVT工作原理可知，其内部故障可导致运行中的CVT一次或二次电压异常，在实际运行中，应加强监视CVT一次或二次电压，以便及时发现异常情况。
结语
CVT在电力系统中的应用非常广泛，尤其在500kV及以上的系统中，CVT逐渐取代了电磁式电压互感器。经过长期的技术研究，国产CVT无论在尺寸上还是性能上都取得了长足的进步，基本满足了我国高速发展的超高压的需求。
参考文献
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［4］国家电网公司．110～500kV互感器事故措施［R］．北京:国家电网公司，2012．
论文作者:王志强
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第03期
论文发表时间:2019/6/17
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