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(jiǎn)稱(chēng)CVT)相對于傳統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(guò)中間變壓器降壓到100V或100/ V供給計量?jì)x表和繼電保護裝置。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(xiàn)路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設備的功能，同時(shí)在實(shí)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中應用的數量日益增加，不僅在變電站線(xiàn)路出口上使用，而且大量應用在母線(xiàn)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(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(huì )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(shí)發(fā)現異常情況，就會(huì )影響電網(wǎng)的安全運行。

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

2　故障現象

2006年10月11日，某220KV變電所進(jìn)行每季例行一次的CVT二次電壓測量時(shí)，發(fā)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(jiàn)下表一。

表一 三次CVT測量數據

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

表二 CVT參數表

該CVT于2004年8月產(chǎn)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(jīng)電氣試驗人員檢查發(fā)現C相CVT的C2實(shí)際電容量已變?yōu)?.06605μf,與標稱(chēng)值比較變化率為+5%,與前次實(shí)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(jìn)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(guò)程中可能會(huì )出現各種異常情況。2004年度，國家電網(wǎng)公司委托中國電力科學(xué)研究院高壓研究所對國網(wǎng)公司系統110kV及以上電壓等級互感器的事故與障礙作過(guò)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(gè)百分點(diǎn)。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(guò)電壓引起的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次;由于雷電過(guò)電壓而造成損壞的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次。據統計資料，2004年度，通過(guò)現場(chǎng)運行、管理人員的認真巡視以及預防性試驗，及時(shí)發(fā)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(jiàn)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(shí)， CVT整臺承受系統電壓，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(fā)現的現象相吻合;反之，若C1內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，同理運行中C1分壓的電壓將減少，在母線(xiàn)實(shí)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。