電容式電壓互感器的日常運(yùn)行監(jiān)視分析

1　引言

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下簡(jiǎn)稱CVT)相對(duì)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(bǔ)償電抗器L、保護(hù)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(guò)中間變壓器降壓到100V或100/ V供給計(jì)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。CVT具有造價(jià)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(shí)在實(shí)際應(yīng)用中又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性等[1];故近幾年在電力系統(tǒng)中應(yīng)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(yīng)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(jí)，由于受設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)、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(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度，更嚴(yán)重的有可能造成爆炸、起火的惡性事故，運(yùn)行中如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，就會(huì)影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

本文對(duì)一臺(tái)運(yùn)行在220kV母線上的CVT二次電壓在日常測(cè)量中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化異常，經(jīng)比較分析試驗(yàn)結(jié)果為內(nèi)部部分電容擊穿，為此提出現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員如何盡早發(fā)現(xiàn)CVT類似故障，確保設(shè)備安全運(yùn)行進(jìn)行探討。

2　故障現(xiàn)象

2006年10月11日，某220KV變電所進(jìn)行每季例行一次的CVT二次電壓測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)220kV副母C相CVT二次電壓與以往測(cè)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(jiàn)下表一。

表一 三次CVT測(cè)量數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員仔細(xì)復(fù)測(cè)、比較、分析，認(rèn)為該相CVT內(nèi)部異常可能性極大，匯報(bào)主管部門(mén)及領(lǐng)導(dǎo)后，緊急停用檢查以進(jìn)一步確證。該相CVT型號(hào)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(yùn)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(yàn)人員檢查發(fā)現(xiàn)C相CVT的C2實(shí)際電容量已變?yōu)?.06605μf,與標(biāo)稱值比較變化率為+5%,與前次實(shí)測(cè)電容值比較變化率為+4.3%，估計(jì)C2內(nèi)部有部分電容被擊穿。于是，只能更換一臺(tái)新的CVT，并將該相CVT運(yùn)回準(zhǔn)備解體檢查，以進(jìn)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(yīng)用非常廣泛，作為承受高電壓的設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)各種異常情況。2004年度，國(guó)家電網(wǎng)公司委托中國(guó)電力科學(xué)研究院高壓研究所對(duì)國(guó)網(wǎng)公司系統(tǒng)110kV及以上電壓等級(jí)互感器的事故與障礙作過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，全公司在運(yùn)(110kV、220kV、330kV、500kV電壓等級(jí))CVT共計(jì)29490臺(tái)，全年損壞事故5臺(tái)次(220kV的CVT為4臺(tái)次，500kV的CVT為1臺(tái)次)，年損壞事故率為0.017%，比2003年上升0.0005個(gè)百分點(diǎn)。損壞的原因，因制造質(zhì)量不良的，國(guó)產(chǎn)220kV CVT為2臺(tái)次和國(guó)產(chǎn)500kV CVT為1臺(tái)次;因諧振過(guò)電壓引起的，國(guó)產(chǎn)220kV CVT為1臺(tái)次;由于雷電過(guò)電壓而造成損壞的，國(guó)產(chǎn)220kV CVT為1臺(tái)次。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，2004年度，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、管理人員的認(rèn)真巡視以及預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)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(jiàn)表三。

表三 2004年度110kV及以上CVT障礙與缺陷情況統(tǒng)計(jì)表

由CVT結(jié)構(gòu)原理圖可知，正常運(yùn)行時(shí)， CVT整臺(tái)承受系統(tǒng)電壓，經(jīng)C1、C2分壓后，由T變壓輸出相應(yīng)的電壓供保護(hù)、測(cè)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(huì)造成C2的電容量增大，若C1電容基本不變，則運(yùn)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(huì)造成C1的電容量增大，若C2電容基本不變，同理運(yùn)行中C1分壓的電壓將減少，在母線實(shí)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。