電容式電壓互感器的日常運行監視分析

1　引言

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下簡稱CVT)相對于傳統的電磁式電壓互感器而言是一種較新型產品，由電容分壓器(包括主電容器C1，分壓電容器C2)、中間變壓器(T)、補償電抗器L、保護裝置F及阻尼器D等元件組成，它利用電容分壓器將輸電電壓降到中壓(10～20 kV)，再經過中間變壓器降壓到100V或100/ V供給計量儀表和繼電保護裝置。CVT具有造價低(110 kV及以上產品)、可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設備的功能，同時在實際應用中又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優良的瞬變響應特性等[1];故近幾年在電力系統中應用的數量日益增加，不僅在變電站線路出口上使用，而且大量應用在母線上代替電磁式電壓互感器。

CVT一般適用于110kV及以上電壓等級，由于受設計制造經驗、工藝水平和原材料等多種因素的限制，作為承受高電壓的電容分壓器，介質擊穿不僅會影響測量準確度，更嚴重的有可能造成爆炸、起火的惡性事故，運行中如不及時發現異常情況，就會影響電網的安全運行。

本文對一臺運行在220kV母線上的CVT二次電壓在日常測量中發現數據變化異常，經比較分析試驗結果為內部部分電容擊穿，為此提出現場運行人員如何盡早發現CVT類似故障，確保設備安全運行進行探討。

2　故障現象

2006年10月11日，某220KV變電所進行每季例行一次的CVT二次電壓測量時，發現220kV副母C相CVT二次電壓與以往測量值比較，降低幅度較大，且該組壓變3U0數值出現明顯偏大現象。具體數據見下表一。

表一 三次CVT測量數據

經過相關技術人員仔細復測、比較、分析，認為該相CVT內部異常可能性極大，匯報主管部門及領導后，緊急停用檢查以進一步確證。該相CVT型號及相關參數如下表二。

表二 CVT參數表

該CVT于2004年8月產品，于2005年8月31日投入系統運行。其結構原理圖如圖一。

圖一 CVT結構原理圖

該CVT停役后，經電氣試驗人員檢查發現C相CVT的C2實際電容量已變為0.06605μf,與標稱值比較變化率為+5%,與前次實測電容值比較變化率為+4.3%，估計C2內部有部分電容被擊穿。于是，只能更換一臺新的CVT，并將該相CVT運回準備解體檢查，以進一步剖析引起電容被擊穿的原因。

3　故障情況及現象分析

電容式電壓互感器在電力系統中的應用非常廣泛，作為承受高電壓的設備，運行過程中可能會出現各種異常情況。2004年度，國家電網公司委托中國電力科學研究院高壓研究所對國網公司系統110kV及以上電壓等級互感器的事故與障礙作過統計分析，全公司在運(110kV、220kV、330kV、500kV電壓等級)CVT共計29490臺，全年損壞事故5臺次(220kV的CVT為4臺次，500kV的CVT為1臺次)，年損壞事故率為0.017%，比2003年上升0.0005個百分點。損壞的原因，因制造質量不良的，國產220kV CVT為2臺次和國產500kV CVT為1臺次;因諧振過電壓引起的，國產220kV CVT為1臺次;由于雷電過電壓而造成損壞的，國產220kV CVT為1臺次。據統計資料，2004年度，通過現場運行、管理人員的認真巡視以及預防性試驗，及時發現并消除了大量互感器障礙和缺陷，110kV及以上CVT障礙與缺陷情況見表三。

表三 2004年度110kV及以上CVT障礙與缺陷情況統計表

由CVT結構原理圖可知，正常運行時， CVT整臺承受系統電壓，經C1、C2分壓后，由T變壓輸出相應的電壓供保護、測量裝置。一般情況下，分壓電容器C2和油箱電磁單元承受的額定電壓為10～20 kV。初略分析可知，如C2內部部分電容被擊穿短路，會造成C2的電容量增大，若C1電容基本不變，則運行中C2分壓的電壓(T的一次側電壓)將減少，從而造成T2二次側輸出降低，與本次發現的現象相吻合;反之，若C1內部部分電容被擊穿短路，會造成C1的電容量增大，若C2電容基本不變，同理運行中C1分壓的電壓將減少，在母線實際電壓基本穩定不變的情況下，C2上將分得更大的電壓(T的一次側電壓)從而造成T2二次側輸出升高。