摘要：电容式电压互感器在发生内部电容击穿故障时，会改变中间变压器的变比，从而引起二次电压的变化。本文介绍了一起CVT二次电压偏低的故障缺陷，通过红外测温、停电测试及设备解体，最终确认缺陷原因为CVT分压电容C2发生击穿引起二次电压异常。结果表明，在确保元件制造质量与安装质量的同时，应加强对二次电压的测量和记录，对异常情况及时上报并消缺有助于设备的安全稳定运行。
关键词：电容式电压互感器；二次电压偏低；电容击穿
0 引 言
电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformers）简称CVT，与电磁式电压互感器相比，具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点。电容式电压互感器一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。
电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成，可兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能，CVT的电气原理如图1所示。电容分压器由高压电容C1和分压电容C2组成，电磁单元位于油箱内，由中间变压器、谐振电抗器、阻尼器和避雷器组成，二次绕组端子、电容低压端、接地端及保护间隙等位于端子箱内，部分CVT设备中间电压端子A´不引出（引出为试验用），部分老旧的CVT设备中间变压器一次绕组侧还并接有避雷器。
图1 CVT电气原理图
本文介绍了一起500kV电容式电压互感器二次电压偏低的异常情况，从CVT原理和结构出发分析了缺陷的可能原因，通过解体检查验证了CVT分压电容C2已经被击穿，并就CVT日常运行维护提了几点建议。
1 设备缺陷概述
1.1 运行中CVT二次电压情况
某500kV变电站＃2主变变高侧三相CVT的二次电压监测如下，＃2主变变高A相CVT在近三年的监测中存在二次电压偏低。B相、C相CVT二次电压一直稳定在60～61.3V之间，A相CVT二次电压则在57.6～59.4V间波动，电压幅值与其余两相比较有-5％左右差别，设备运行状况相对稳定。
1.2 运行中红外测温情况
现场使用FLIR公司生产的P630红外线成像仪对＃2主变变高CVT各相进行测温，采用同类分析判断法发现三相CVT瓷瓶表面温度分布均匀，相间温差较小，最大温差为0.5度，无明显的发热现象。
1.3 设备停电试验情况
结合＃2主变停电机会，我们对＃2主变变高侧三相CVT进行了停电检查。检查发现二次电压偏差较大的A相CVT的C2电容量为102000pF，与出厂值相比增大4.52%，介损值为0.320%，超过规程要求，也比B、C两相明显偏大。三相CVT测试数据如下：
由CVT电容分压和中间变压器变比原理可知，当分压电容C2的电容量增大或高压电容C1的电容量减小时，或者中间变压器一次绕组匝间短路导致变比k增大时会出现CVT二次绕组输出电压降低的现象。停电试验结果显示A相CVT的C2电容量与出厂值相比增大4.52%，这与二次电压偏低一致。由于C2电容单元一般由20个左右的电容元件串联而成，只有电容元件击穿或者进水受潮才会导致电容量增加，结合绝缘电阻测试情况，排除受潮可能性。最后判断分压电容C2可能有电容元件发生击穿，决定对A相CVT进行更换。
2 设备解体情况
本次主要对下节C2电容进行解体检查，解体时拆下CVT下节上法兰的上盖板，取出内置的13个扩张器，将电容单元与电磁单元分开，吊出电容器心子，此时可看到下节电容元件共有141个，其中高压臂电容C13有119个电容元件串联。外观检查发现C2单元上面几个元件侧面有黑色炭化痕迹，如图2所示。
用电容表和500V兆欧表由下至上测量C2各个电容元件的电容量和绝缘电阻值，其中第15个元件测试数值在1.9－2.4μF之间闪烁不定，测量其绝缘电阻值为零，而其它的元件电容量在2.1μF左右，绝缘电阻值也都大于2000 MΩ，电容量测试数据如下：
图2 下节C2电容单元有黑色炭化痕迹
对每一单元进行放电后拆下固定电容器心子的拉板和绝缘纸板，取下C2单元的第15个故障元件，剥开元件外层的绝缘包封圈，之后是带有铝箔、纸、膜的元件结构，旋转展开第一层即发现有局部放电击穿烧黑的区域，如图3所示，全部旋转展开后发现击穿是由里而外发展的，最里一层击穿最为严重，范围最大，如图4所示。
3 故障原因分析
解体情况说明造成CVT二次电压偏低是由于中压电容C2元件击穿所导致。从解剖情况来看，电容元件的介质材料是纸和膜，结构为两层膜一层纸，电容元件压制不平整或材料存在损伤、杂质时会产生少量的“弱点”，这些“弱点”在电场和热场的持续作用下劣化程度较高，介损增大，导致“弱点”扩大，使元件击穿。另外，场强设计不合理，在电场作用下场强过高元件运行电压偏高，所承受的电场强度较其他电容单元大，再加上常年运行的累积效应，介质过早老化最终导致电容元件绝缘部分击穿，使得该节电容量变大。因此除了制造工艺不良的原因外，高、低压臂电容电场的分布，特别是低压臂电容C2电场分布不合理也可能是原因之一。
4 结论
（1）A相CVT二次电压异常的原因为分压电容C2有元件发生击穿。CVT电容单元的缺陷可由二次电压反映出来，通过监测CVT二次端子电压的变化趋势可以了解CVT内部状态的变化。
（2）产品厂家应加强质量控制，确保元件制造质量与安装质量。元件击穿数量较少时，可能不足以引起保护动作和运行人员注意，此时亦有足够的安全裕度，使剩余元件能够承受运行电压，甚至到足以引起保护动作和运行人员注意时，仍能继续运行较长时间，只要元件击穿故障不发生连续的、加速的击穿。
（3）运行人员应加强对CVT二次电压的监测和记录，发现异常及时上报。由于电容元件击穿是不可逆的过程，定期观察电压记录，同一台CVT连续纵向比较容易发现电压变动规律，有助于确保CVT安全运行。
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论文作者:陈江添
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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