（广东电网公司佛山供电局 广东佛山 528000）
摘要：电容式电压互感器（CVT）的二次电压可以直接反映设备的状态，对运行中的CVT进行二次电压的在线监测，能及时发现设备早期缺陷。本文基于EMS系统数据对CVT二次电压进行在线监测，对发现的CVT设备缺陷案例进行了分析，将电网自动化技术与试验专业技术融合，提出了CVT绝缘故障诊断流程，可进一步提高CVT缺陷发现效率。
关键词：电容式电压互感器；二次电压；在线监测
引言
电容式电压互感器（CVT）是电力系统正常运行必不可少的主设备之一，已被广泛应用于35~1000kV电网中[1]。CVT的绝缘强度高、体积小、质量轻，同时具有可防止铁磁谐振等优点，目前已逐渐取代了电磁式电压互感器[2,3]。在CVT实际运行中也出现了一些故障，如内部电容元件击穿等[4]。CVT故障主要表现为电磁单元二次侧输出电压异常[5,6]，通过对CVT二次电压进行在线监测，能及时掌握设备的状态，更能发现CVT 早期的故障。
1 CVT二次电压在线监测原理
CVT主要包括电容分压器和电磁单元，其中电容分压器由高压电容C1及中压电容C2组成，电磁单元由中压变压器、阻尼器、补偿电抗器组成。
图1.1 电容式电压互感器电路图
C1、C2—高压和中压电容；T—中压变压器；Rd—阻尼器；Lk—补偿电抗器；u、n、du、dn—二次绕组端子及剩余电压绕组端子
CVT故障大多数都能反应到CVT二次电压的变化上，电容器C1和C2电容芯体都是由多个相串联的电容元件组成，不论是C1中某些串联电容击穿使C1电容值增大还是C2漏油使介质常数变小容抗增大都可能使二次电压异常升高[6]，相反，如果C1部分电容漏油使容抗增大或者C2某些元件绝缘降低，则有可能引起二次电压异常降低[7]。二次电压可以反应CVT故障，可通过对二次电压的监测和分析，及时发现设备缺陷。
2 基于EMS数据的CVT二次电压在线监测
目前，广东电网公司的能量管理系统EMS (Energy Management System) 已建成投入运行多年，系统实现了对CVT二次侧电压的实时采集和上传，还存储了海量历史数据。通过从EMS中获取CVT二次电压，并对其进行状态分析、故障预警，可对所有电压等级的CVT 进行监测和诊断。
一般来说，正常运行良好CVT的二次电压不会出现较大变化，而带病运行的CVT与状态良好的CVT相比，电压会升高或者降低。因此可以将连接在同一母线上的相同电压等级的CVT在同一时段内的电压数据进行比较分析，同时将这些CVT与母线电压进行折算后比较，若某台CVT与母线或者其他CVT比较，电压差值大于某个阀值，则认为该设备出现了故障。若某台CVT的二次电压在一段时期内发生了较大变化，也可认为该设备出现了故障。
考虑电压波动的影响，提出了两种电压比较方式。
（1）实时比较。电网电压每天的电压波动范围基本处于±2%范围内，有少数的电压波动达到±3%-±4%，为了避免电网电压波动对CVT二次电压的影响，产生误报警，又要及时发现C1击穿缺陷，将实时比较方式的C1缺陷报警阀值定在5%。
（2）每天选取凌晨3点至4点的电压平均值进行比较。电网电压凌晨3点至4点的电压波动比较小，波动范围基本处于±0.8%范围内，有少数的电压波动达到±1%-±1.5%，为了避免这一时段电网电压波动对CVT二次电压的影响，产生误判断，又要及时发现C1击穿缺陷，将这一方式的C1缺陷报警阀值定在2%。
而对于C2来说，由于其故障后二次电压变化率大（大于1％），C2击穿一个时电压变化就较为显著，能够及时发现故障。
3 案例分析
在对CVT进行在线监测的过程中，发现某变电站内的一台 CVT A相电压持续明显升高，在EMS中所显示的电压历史曲线如图3.1所示。
图3.1 在线监测发现某台CVT A相电压持续升高
从1~4月份电压最大值的历史曲线可以看出，该CVT从1月份开始就呈上升趋势，2月1日由原来的66.872kV迅速到78.023kV然后保持一段缓慢上升的过程，3月1日上升到85.629kV，3月16日上升到90.237kV，最后4月4日上升到98.391kV，因此怀疑是出现了电容元件击穿等故障。
对该CVT进行解体后发现，共有24个电容单元被击穿，如图3.2所示，印证了在线监测的诊断结果。
图3.2 解体发现电容单元被击穿
通过在线监测发现，某110kV变电站的一台线路CVT在6个月时间内，其与同段母线上的其它CVT相比，电压偏差从-4.2%降到-7.3%，如图3.3所示，紫色曲线为该CVT电压曲线，怀疑该CVT出现了故障。
图3.3 在线监测发现某台CVT与同段母线上的其它CVT相比有显著的电压偏差
后经检查发现，是由于该CVT的二次接线柱长期生锈和松动，导致显示线路电压不稳定，从而电压持续严重偏低，检修后恢复正常。
又如，在线监测过程中，发现某500kV变电站的一台500kV线路CVT电压与其它相同电压等级的线路相比发生了偏高，如图3.4所示，蓝色曲线为电压偏高的CVT，红色曲线为正常状态的CVT，曲线数据为零的部分是停电检修时间段。在停电检修后，该CVT的电压为324.949kV，而正常CVT的电压为312.939kV，前者电压偏高3.8%。
图3.4 在线监测发现某台CVT在停电检修后电压显著升高
停电试验测得，该CVT的电容值与铭牌值偏差+3.06%，与上次测试值偏差+2.9%，出现了C1电容偏大的问题，可能是由于合闸时操作过电压造成了CVT中C1电容片又被击穿。后对该CVT进行了更换，运行恢复正常。
此外，某220kV变电站的一台线路CVT从2017年7月26日开始，出现明显电压降低，与同一段母线上其他CVT相比其电压偏低5.49%左右，如图3.5所示。
图3.5 在线监测发现某台CVT在停电检修后电压显著升高
后对所有105只电容单元进行电容量测试，发现C2第10层电容单元以及C12第4层电容单元数据异常，发生击穿的可能性较大。解体后拆开上述两层的电容单元金属箔薄膜和纸，发现两只电容均出现不同程度击穿灼烧痕迹，如图3.6所示。
图3.6 解体发现C2第10层、C12第4层电容单元灼烧痕迹
以上案例证明，CVT二次电压在线监测能够及时发现设备缺陷，避免事故的发生。
4 CVT绝缘故障诊断流程及方法
对实际案例进行深入分析，结合试验专业技术手段，可进一步总结出CVT绝缘故障诊断流程及方法，如图4.1所示。当CVT二次电压出现异常时，首先在EMS系统中查找该时刻电网电压的情况，结合系列电能质量在线监测结果，排除由于电网电压波动产生的误报警，之后按照图4.1开展绝缘故障诊断工作。
图4.1 CVT绝缘故障诊断流程
通过二次电压在线监测发现设备异常后，可开展以下主要工作。
（1）先用对CVT进行红外检测，若电磁单元温度升高，可能是由于电磁单元中间变压器匝间短路使得CVT二次电压发生变化。
（2）若红外检测结果正常，则C1、C2存在元件击穿的可能性较大，但对于击穿元件个数较少、放电能量不高的CVT而言，红外检测效果不明显，需通过其他手段进一步确认。
（3）采用脉冲电流法对CVT进行局部放电检测。脉冲电流法局部放电检测比较灵敏，若CVT电容单元出现击穿，采用该方法可以检测到局部放电信号。
（4）进行停电试验，测量介损和电容量，进一步确定是不是CVT电容单元故障。
5 小结
通过分析CVT二次电压在线监测原理、监测方法，结合试验专业绝缘诊断方法及数据分析手段，对几个典型案例进行分析，进一步提出了CVT绝缘故障诊断流程及方法，得出了以下结论。
（1）采用CVT二次电压在线监测方法，对CVT进行在线监测，通过监视运行中CVT二次电压情况，能够有效掌握系统及设备的状态，避免因设备故障而引起的误动，尽早发现CVT早期的故障，方便及时排除隐患，防止事故扩大，避免CVT设备的损坏和爆炸，增强了电力系统的安全稳定性能。
（2）提出了CVT绝缘故障诊断流程，明确了当CVT二次电压监测过程中出现异常后，可先后采用红外检测、局部放电检测及停电试验的手段，对设备异常进行处理，进一步提高设备缺陷的发现和诊断效率。
参考文献
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[2]王世阁，张军阳.互感器故障及典型案例分析[M].北京：中国电力出版社，2013.
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[4]王斯斯，刘宇，熊俊，等.一起500kV电容式电压互感器电容击穿故障分析.广东电力，2017，30(1)：126~130.
[5]刘晓辉，应肖磊.电容式电压互感器二次电压异常的分析及改进建议.浙江电力，2004(4)：74~76.
[6]周芳，韩幸军，李懂懂，等.一起110kV母线电容式电压互感器二次电压异常分析与处理.电气技术，2011(5)：51~52.
[7]乔立凤，高敬更，温定筠，等.电容式电压互感器二次电压异常分析处理.电子测量技术，2013，36(2)：116~118.
论文作者:许澜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/7/2
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