电容式电压互感器的日常运行监视分析

1　引言

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下简称CVT)相对于传统的电磁式电压互感器而言是一种较新型产品，由电容分压器(包括主电容器C1，分压电容器C2)、中间变压器(T)、补偿电抗器L、保护装置F及阻尼器D等元件组成，它利用电容分压器将输电电压降到中压(10～20 kV)，再经过中间变压器降压到100V或100/ V供给计量仪表和继电保护装置。CVT具有造价低(110 kV及以上产品)、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，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[1];故近几年在电力系统中应用的数量日益增加，不仅在变电站线路出口上使用，而且大量应用在母线上代替电磁式电压互感器。

CVT一般适用于110kV及以上电压等级，由于受设计制造经验、工艺水平和原材料等多种因素的限制，作为承受高电压的电容分压器，介质击穿不仅会影响测量准确度，更严重的有可能造成爆炸、起火的恶性事故，运行中如不及时发现异常情况，就会影响电网的安全运行。

本文对一台运行在220kV母线上的CVT二次电压在日常测量中发现数据变化异常，经比较分析试验结果为内部部分电容击穿，为此提出现场运行人员如何尽早发现CVT类似故障，确保设备安全运行进行探讨。

2　故障现象

2006年10月11日，某220KV变电所进行每季例行一次的CVT二次电压测量时，发现220kV副母C相CVT二次电压与以往测量值比较，降低幅度较大，且该组压变3U0数值出现明显偏大现象。具体数据见下表一。

表一 三次CVT测量数据

经过相关技术人员仔细复测、比较、分析，认为该相CVT内部异常可能性极大，汇报主管部门及领导后，紧急停用检查以进一步确证。该相CVT型号及相关参数如下表二。

表二 CVT参数表

该CVT于2004年8月产品，于2005年8月31日投入系统运行。其结构原理图如图一。

图一 CVT结构原理图

该CVT停役后，经电气试验人员检查发现C相CVT的C2实际电容量已变为0.06605μf,与标称值比较变化率为+5%,与前次实测电容值比较变化率为+4.3%，估计C2内部有部分电容被击穿。于是，只能更换一台新的CVT，并将该相CVT运回准备解体检查，以进一步剖析引起电容被击穿的原因。

3　故障情况及现象分析

电容式电压互感器在电力系统中的应用非常广泛，作为承受高电压的设备，运行过程中可能会出现各种异常情况。2004年度，国家电网公司委托中国电力科学研究院高压研究所对国网公司系统110kV及以上电压等级互感器的事故与障碍作过统计分析，全公司在运(110kV、220kV、330kV、500kV电压等级)CVT共计29490台，全年损坏事故5台次(220kV的CVT为4台次，500kV的CVT为1台次)，年损坏事故率为0.017%，比2003年上升0.0005个百分点。损坏的原因，因制造质量不良的，国产220kV CVT为2台次和国产500kV CVT为1台次;因谐振过电压引起的，国产220kV CVT为1台次;由于雷电过电压而造成损坏的，国产220kV CVT为1台次。据统计资料，2004年度，通过现场运行、管理人员的认真巡视以及预防性试验，及时发现并消除了大量互感器障碍和缺陷，110kV及以上CVT障碍与缺陷情况见表三。

表三 2004年度110kV及以上CVT障碍与缺陷情况统计表

由CVT结构原理图可知，正常运行时， CVT整台承受系统电压，经C1、C2分压后，由T变压输出相应的电压供保护、测量装置。一般情况下，分压电容器C2和油箱电磁单元承受的额定电压为10～20 kV。初略分析可知，如C2内部部分电容被击穿短路，会造成C2的电容量增大，若C1电容基本不变，则运行中C2分压的电压(T的一次侧电压)将减少，从而造成T2二次侧输出降低，与本次发现的现象相吻合;反之，若C1内部部分电容被击穿短路，会造成C1的电容量增大，若C2电容基本不变，同理运行中C1分压的电压将减少，在母线实际电压基本稳定不变的情况下，C2上将分得更大的电压(T的一次侧电压)从而造成T2二次侧输出升高。

当然，也有其他原因可能会引起CVY二次电压的异常出现，国家电网生技[2005]172号《输变电设备运行规范》中《110(66)kV-500kV互感器运行规范》中第二十一条“ 电容式电压互感器二次电压异常现象及引起的主要原因”已明确了CVT正常运行中可能出现的异常情况及原因。

(1)二次电压波动：引起的主要原因可能为，二次连接松动;分压器低压端子未接地或未接载波线圈;电容单元可能被间断击穿的;铁磁谐振引起。

(2)二次电压低：引起的主要原因可能为，二次连接不良;电磁单元故障或电容单元C2损坏。

(3)二次电压高：引起的主要原因可能为，电容单元C1损坏;分压电容接地端未接地。

(4)开口三角形电压异常升高：引起的主要原因可能为，某相互感器的电容单元故障。

4　正常运行监视方法探讨

与其他电气设备一样，运行中CVT发生障碍及缺陷的情况还是一定比例存在的，并有不同程度的上升趋势。但CVT是全密封设备，除发生渗漏油、异常声响等，会从外表较明显表现外，其他如表三中所示的障碍与缺陷，一般较难直观发现，必须采取一定的技术手段才能尽早发现运行中的可能异常情况。从CVT的工作特点可知，CVT本身是计量器具，二次电压的幅值、相位和波形能反映出设备本身的运行状况。实际运行中可利用这一条件，注意监视，选定合理的比较对象，可以较早发现CVT的异常情况。

近几年来，省公司及各地市局都针对CVT在运行中出现的异常情况，通过不同途径、要求采取各种方法加强对CVT的现场运行监视。一般情况下，现场运行人员可通过以下方法，初步掌握CVT的运行情况。

(1)、通过定期对二次电压进行抄录或测量。对有装置(如保护、测控装置等)可反映二次电压的，应结合每次巡视时抄录并比较;对无法通过装置反映二次电压的，可定期手工测量二次电压进行比较，测量周期一般可定为每月一次。此种方法较原始，无法在线监测CVT的运行情况。当然可考虑通过专门的电压监视装置实现在线监测功能。

(2)充分利用自动装置采样、软件程序比较判别的方法可实现CVT的在线监测。现在普遍利用当地监控系统，设立CVT电压监视功能。分别通过设置3U0越限;同名、不同名相电压不平衡比较;电压幅值越限等方法，对达到相应越限值的，发出报警居委会提示运行人员。

上述两种方法，最关键是确定相应的限值，笔者收集了几个220kV典型变电站正常运行时的电压值，见表四。

表四 几个典型220kV变电站CVT电压值

通过对表四数值的分析，笔者认为：

(1)、对于由手工定期抄录的，一定要注意保存原始数据，特别是3U0的数值。在原始数据的基础上，再利用纵向(与原始或上次数值比较，发现变化率)、横向(与相邻运行设备的变化率对照)的比较，可确定是系统运行参数有变动，还是CVT本身反映的系统值有变化，如不是系统运行参数变化所致，应该引起重视，某相电压突变可能是内部故障的信号。对3U0的数值变化情况要高度重视，3U0的突然升高，一般而言，CVT发生异常的可能性较大。

(2)、从表四的数值发现，对几个正常情况下3U0的数值较高的变电站，应该查明原因。确定是三相CVT电容配置问题还是中间变压器的问题，甚至还有可能是二次回路的问题。(3)、对于利用当地监控系统实现的CVT在线监测的情况。在此基础上，应充分发挥实时系统的功能，将各CVT电压整点值以负荷日志的形式记录并存盘，以便于异常报警时，进一步核实、比较。现在一般情况下，3U0的值不引入实时数据，应该考虑将3U0作遥测量接入系统，并实时整点存贮。但要注意，3U0引入测控装置，不应考虑再经熔丝保护，否则一旦熔丝熔断，不但正常运行无法发现，也不利于对3U0的监视。

(4)、对于某些变电站，线路压变为CVT，而母线压变为电磁型的，同名、不同名相电压不平衡比较时，其绝对值的差值应经过实地测量后再确定变化率。

5　发现异常时的处理方法

构成CVT分压器的电容器是由不同数量的电容元件串联构成的，在运行过程中，当电容器内发生电容元件损坏时，剩余的电容元件所承受的运行电压会升高;损坏的元件越多，其它元件所承受的电压越高，更容易引起绝缘击穿，并形成一种恶性循环，最终导致烧毁甚至爆炸。故当怀疑CVT有可能异常时，处理过程必须慎重、妥善。

(1)在巡视CVT时，必须考虑保持一定的安全距离;

(2)CVT二次回路空气开关跳开，在未明确一次设备是否异常前，不得盲目恢复二次空气开关的运行;

(3)若CVT本体有明显异常，如冒油、渗漏油，或与此CVT有关的二次回路设备出现烧毁现象，应即汇报调度，紧急停役;

(4)当在线监测手段提示CVT可能有异常情况时，是否需要再通过人工测量的方法进行确证，此点值得商讨。笔者认为，不宜提倡由人工近距离手工测量确证，即使必须要人工核实，也应考虑在远离CVT的相关回路上进行。另，人工测量CVT二次电压时，是否需采取一定的安全措施，如穿绝缘靴等，以防止因高电压串入二次回路造成人身伤亡，此点也颇值得思考。

参考资料

[1]　GB 4703-2001《电容式电压互感器》。

[2] 王梦云.2004年度110kV及以上互感器事故统计分析。电力设备，2005，(12)。

[3] DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》。

[4] DL/T 727—2000中华人民共和国电力行业标准《互感器运行检修导则》。