電容式電壓互感器的日常運行監(jiān)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(tǒng)的電磁式電壓互感器而言是一種較新型產(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(shè)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(yōu)良的瞬變響應特性等[1];故近幾年在電力系統(tǒng)中應用的數(shù)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(shè)計制造經(jīng)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(zhì)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(fā)現(xiàn)異常情況，就會影響電網(wǎng)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(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化異常，經(jīng)比較分析試驗結(jié)果為內(nèi)部部分電容擊穿，為此提出現(xiàn)場運行人員如何盡早發(fā)現(xiàn)CVT類似故障，確保設(shè)備安全運行進行探討。

2　故障現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)值出現(xiàn)明顯偏大現(xiàn)象。具體數(shù)據(jù)見下表一。

表一 三次CVT測量數(shù)據(jù)

經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員仔細復測、比較、分析，認為該相CVT內(nèi)部異?？赡苄詷O大，匯報主管部門及領(lǐng)導后，緊急停用檢查以進一步確證。該相CVT型號及相關(guān)參數(shù)如下表二。

表二 CVT參數(shù)表

該CVT于2004年8月產(chǎn)品，于2005年8月31日投入系統(tǒng)運行。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖一。

圖一 CVT結(jié)構(gòu)原理圖

該CVT停役后，經(jīng)電氣試驗人員檢查發(fā)現(xiàn)C相CVT的C2實際電容量已變?yōu)?.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(nèi)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(xiàn)象分析

電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中的應用非常廣泛，作為承受高電壓的設(shè)備，運行過程中可能會出現(xiàn)各種異常情況。2004年度，國家電網(wǎng)公司委托中國電力科學研究院高壓研究所對國網(wǎng)公司系統(tǒng)110kV及以上電壓等級互感器的事故與障礙作過統(tǒng)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(zhì)量不良的，國產(chǎn)220kV CVT為2臺次和國產(chǎn)500kV CVT為1臺次;因諧振過電壓引起的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次;由于雷電過電壓而造成損壞的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次。據(jù)統(tǒng)計資料，2004年度，通過現(xiàn)場運行、管理人員的認真巡視以及預防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)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(tǒng)計表

由CVT結(jié)構(gòu)原理圖可知，正常運行時， CVT整臺承受系統(tǒng)電壓，經(jīng)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(nèi)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(cè)電壓)將減少，從而造成T2二次側(cè)輸出降低，與本次發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合;反之，若C1內(nèi)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(wěn)定不變的情況下，C2上將分得更大的電壓(T的一次側(cè)電壓)從而造成T2二次側(cè)輸出升高。