何文林， 谷小博， 金祖龍， 孫 翔

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院， 杭州 310014； 2.衢州電力局， 浙江 衢州 324002）

電容式電壓互感器狀態(tài)檢測(cè)方法及應(yīng)用

何文林1， 谷小博1， 金祖龍2， 孫 翔1

（1.浙江省電力試驗(yàn)研究院， 杭州 310014； 2.衢州電力局， 浙江 衢州 324002）

為及時(shí)掌握電容式電壓互感器（CVT）的運(yùn)行狀態(tài)， 對(duì)三相和單相 CVT 采集電壓信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)告警并設(shè)定了越限告警值。在加壓繞組的選擇、所加電壓的確定二個(gè)方面提出了自勵(lì)法進(jìn)行疊裝式CVT 的介損試驗(yàn)方法。 通過(guò)電壓檢測(cè)并輔以介損試驗(yàn)， 可有效監(jiān)控 CVT 的絕緣狀態(tài)， 確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

電容式電壓互感器；監(jiān)測(cè)；介損

電容式 電壓互感器（Capacitor Voltage Transformer，CVT） 受設(shè)計(jì)、制造、工藝水平和原材料等多種因素的限制，其承受高電壓的電容分壓器介質(zhì)存在擊穿的可能，不僅會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確性，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。

為及時(shí)發(fā)現(xiàn) CVT 的潛在故障， 提高 CVT 的安全運(yùn)行水平，國(guó)內(nèi)有學(xué)者對(duì) CVT 早期故障監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了初步研究[1]， 認(rèn)為當(dāng)發(fā)現(xiàn) CVT 高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在異常時(shí)，可通過(guò)調(diào)閱其二次電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，并結(jié)合電容量和損耗的變化，可有效判別 CVT 早期故障， 防止事故擴(kuò)大。

本文介紹了基于電壓檢測(cè)和介損試驗(yàn)的 CVT健康狀態(tài)檢測(cè)方法，分析了該方法的實(shí)際使用效果。

1 CVT的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)

1.1 CVT 結(jié)構(gòu)

圖1 CVT 結(jié)構(gòu)原理圖

CVT 結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，利用電容分壓器將系統(tǒng)電壓降到中壓（10~20 kV）， 再經(jīng)過(guò)中間變壓器降壓后輸出至計(jì)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置。CVT 具有造價(jià)低、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)備功能的特點(diǎn)，同時(shí)又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性。 CVT 從結(jié)構(gòu)上可分為兩類(lèi)： 一類(lèi)是分裝式，其分壓器和電磁單元分別為一單元，可在現(xiàn)場(chǎng)組裝，中壓連線外露；另一類(lèi)疊裝式，分壓器和電磁單元合裝在一個(gè)瓷套內(nèi)，中壓線連線不外露。

1.2 CVT 運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)

當(dāng) CVT 發(fā)生部分電容損壞或絕緣異常等情況時(shí)，二次側(cè)電壓會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化， 如三相 CVT的 3U0電壓值會(huì)變大， 各相間電壓幅值將出現(xiàn)較大差值，單相電壓超出正常值等，CVT 從異常到發(fā)生損毀事故有一個(gè)發(fā)展的過(guò)程。

為及早發(fā)現(xiàn) CVT異常情況，避免設(shè)備事故的發(fā)生，可利用測(cè)控裝置采集的 CVT 電壓值， 通過(guò)采集 CVT 各相電壓 Ua， Ub， Uc以及三相開(kāi)口三角電壓 3U0等信號(hào)，輸入變電站監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），在后臺(tái)進(jìn)行邏輯分析、判斷，輸出告警信息，實(shí)現(xiàn)CVT在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并報(bào)警。

三相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警包括 3U0幅值越限告警、電壓不平衡告警、幅值越限告警3種告警方式， 三相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警邏輯見(jiàn)圖2。

對(duì)于三相接線方式的 CVT， 當(dāng) 3U0大于設(shè)定3U0幅值越限整定值（如 1.5 V）時(shí)報(bào) 3U0幅值越限告警。當(dāng)任意兩相電壓幅值差絕對(duì)值與其中一相電壓幅值相比， 大于不平衡度定值（如 3%）時(shí)報(bào)電壓不平衡告警。當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定的限值且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定值（如 30 s）時(shí)， 報(bào) CVT 電壓幅值越限告警。

單相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警包括電壓不平衡告警和幅值越限告警 2種告警方式，單相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警邏輯見(jiàn)圖3。

單相 CVT 的電壓不平衡告警采用同相位電壓比較的方式，當(dāng)被監(jiān)視的 CVT 電壓幅值與同名相其它電壓互感器電壓幅值之差的絕對(duì)值，與兩者之一的電壓幅值相比，大于不平衡度定值（如2%）報(bào)電壓不平衡告警。當(dāng)電壓超過(guò)設(shè)定的限值并持續(xù)時(shí)間大于一定的時(shí)間（如 30 s）報(bào) CVT 電壓幅值越限告警。

2 疊裝式 CVT的介損測(cè)試

圖2 三相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警邏輯圖

圖3 單相 CVT 電壓監(jiān)測(cè)告警邏輯圖

對(duì)分裝式 CVT 的介損試驗(yàn)可采用常規(guī)正接線方式，無(wú)太多試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。對(duì)疊裝式CVT 的介損試驗(yàn)一般采用自勵(lì)法， 試驗(yàn)較復(fù)雜且有明顯的安全風(fēng)險(xiǎn)。采用自勵(lì)法進(jìn)行疊裝式 CVT介損試驗(yàn)時(shí)，需從加壓繞組的選擇、所加電壓的確定二個(gè)方面來(lái)控制安全風(fēng)險(xiǎn)。

自激法測(cè)試從剩余繞組 da，dn 加壓，在測(cè)量C2時(shí)， C2與中間 T 的電感及補(bǔ)償電感會(huì)形成諧振回路，從而會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的過(guò)電壓，所以測(cè)試時(shí)一定接上阻尼電阻， 即從 da， dn 上加壓， 其余繞組開(kāi)路。

在進(jìn)行 C1測(cè)量時(shí)， 由于 C2和標(biāo)準(zhǔn)電容相串聯(lián)，試驗(yàn)電壓主要降在標(biāo)準(zhǔn)電容上，所以N端子上將有高電壓。由于出廠時(shí) N端子耐受的電壓為4 kV， 介損試驗(yàn)電壓一般以 2 kV 為宜。 其電壓不能用 T 的變比進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)測(cè)量 C2時(shí)， 由于 C2較大，測(cè)量回路可能會(huì)發(fā)生工頻諧振，為防止產(chǎn)生過(guò)負(fù)荷，低壓勵(lì)磁電流不能過(guò)大，以免損壞被試 CVT 的電磁單元。

由于自激法的外施電壓不容易控制，易造成過(guò)電壓，燒毀電磁單元。有關(guān)反事故技術(shù)措施中明確規(guī)定， 當(dāng)采用電磁單元為電源測(cè)量 CVT 的電容分壓器 C1和 C2的電容量和介損時(shí)，必須嚴(yán)格按照制造廠說(shuō)明書(shū)規(guī)定進(jìn)行。近年來(lái)一些廠家的 CVT 不允許用自激法測(cè)量， 所以在進(jìn)行 C1， C2介損試驗(yàn)時(shí)，一般測(cè)量 C1， C2串聯(lián)在一起的介損和電容量，此時(shí)應(yīng)采取合適的試驗(yàn)接線以減少中間變壓器對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

3 CVT運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

截止 2009 年底， 某省電力公司系統(tǒng)在運(yùn)的CVT 8 577 臺(tái)， 約占電壓互感器總量的 75.32%。其中 500 kV， 220 kV 和 110 kV 電壓等級(jí)的 CVT分別為 754 臺(tái)、 2 205 臺(tái)和 5 618 臺(tái)。

2006 年以來(lái)， 110 kV 及以上電壓等 級(jí)的CVT 發(fā)生缺陷的共計(jì) 57 臺(tái)， 均已處理或者更換。57 臺(tái)缺陷 CVT 按照電壓等級(jí)分布如表1 所示。由表1 可以看出， 220 kV 電壓等級(jí)CVT 發(fā)生缺陷的比例最高。

表1 缺陷 CVT按照電壓等級(jí)分布

57 臺(tái)缺陷 CVT 按照制造日期分布如圖4 所示。 由圖4 可以看出， CVT 缺陷主要發(fā)生在 2004及 2005 年出廠的產(chǎn)品中， 共計(jì) 27 臺(tái)， 其中 2005年 21 臺(tái)、 2004 年 6 臺(tái)， 占缺陷 CVT 總臺(tái)數(shù)的47.4%。 57 臺(tái)缺陷 CVT 按照缺陷原因分布如表2所示。

由表2可以看出，按照缺陷現(xiàn)象分類(lèi)，運(yùn)行中二次電壓異常和 3U0報(bào)警的電壓監(jiān)視異常的CVT 為 35 臺(tái)， 占缺陷總臺(tái)數(shù)的 61.4%， 事后的介損或電容量測(cè)試大多超標(biāo)，說(shuō)明電壓監(jiān)視可以有效反映 CVT 的潛在缺陷。

圖4 缺陷 CVT 按照制造日期分布

表2 缺陷 CVT按照缺陷原因分布

由表2還可以看出，電壓監(jiān)視正常但介損或電容量超標(biāo)的 CVT 為 16 臺(tái)， 占缺陷總臺(tái)數(shù)的28.1%， 說(shuō)明常規(guī)介損試驗(yàn)是電壓監(jiān)視的有效補(bǔ)充。

以某 500 kV 變電所 5440 線 B 相 CVT 為例，運(yùn)行中二次電壓異常 3U0報(bào)警。系統(tǒng) 3U0整定值為 1.5 V， 故障報(bào)警值為 1.53~1.57 V。 主控室監(jiān)控后臺(tái)電壓顯示為 A 相 294.8 kV， B 相300.4 kV，C 相 296.7 kV，B 相電壓偏高， 停電后經(jīng)測(cè)試 B相 CVT 中節(jié)電容量及介損異常。根據(jù)故障情況及測(cè)試數(shù)據(jù)初步分析為中節(jié)元件有擊穿現(xiàn)象。對(duì)中節(jié)進(jìn)行解體后發(fā)現(xiàn)共有 2個(gè)電容分壓元件擊穿，分別為第 16 個(gè)和第 21 個(gè) （從中節(jié)上部至下計(jì)數(shù)）， 擊穿點(diǎn)在該元件的引箔邊緣， 見(jiàn)圖5。 其中第 16個(gè)元件由于擊穿導(dǎo)致開(kāi)路造成總電容量及介損變大。分析認(rèn)為，引線箔在介質(zhì)中形成一個(gè)電場(chǎng)畸變區(qū)，其場(chǎng)強(qiáng)比元件其它點(diǎn)的均勻電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)高，加之個(gè)別引箔的微小毛刺，使介質(zhì)的絕緣產(chǎn)生薄弱點(diǎn)，在投運(yùn)沖擊后，誘發(fā)介質(zhì)逐步損壞，最終導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。

圖5 電壓監(jiān)視異常的 CVT解體結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

電容式電壓互感器加裝電壓監(jiān)測(cè)裝置可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，利用 SCADA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電壓監(jiān)測(cè)功能，不增加設(shè)備投資和運(yùn)行維護(hù)成本，對(duì)正確評(píng)估設(shè)備狀態(tài)起到積極作用。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 CVT 中電容分壓器 C1和 C2的電容量和介損時(shí)，必須嚴(yán)格按照制造廠說(shuō)明書(shū)規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行，如需采取自激法須嚴(yán)格控制電磁單元的勵(lì)磁電流和電容器 C2尾端的電壓。

[1]付 煒 平 ， 霍 春 燕 .CVT 早 期 故 障 監(jiān) 測(cè) 方 法 [J].電 力 電 容器與無(wú)功補(bǔ)償，2009，30（2）∶29－31.

[2]熊鈴.電容式電壓互感器介損測(cè)量方法及誤差分析[J].四川電力技術(shù)，2008，31（增刊）∶25-27.

（本文編輯：楊 勇）

Detection M ethods of Operational Health State and Application of Capacitor Voltage Transformer

HEWen-lin1， GU Xiao-bo1，JIN Zu-long2，SUN Xiang1
（1.Zhejiang Electric Power Testand Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.Quzhou Electric Power Bureau， Quzhou Zhejiang 324002， China）

Voltage signal is acquired from three-phase and single-phase capacitor voltage transformers（CVT）for real-timemonitoring alarm and out-of-limit alarm value is set in order to obtain the running state of CVT timely.Self-excitation method is proposed for superposition CVT dielectric loss test from the aspects of the selection of supercharged wind and determination of voltage applied.CVT insulation can be effectively monitored to ensure safe operation of equipmentby voltage testand dielectric loss test.

CVT； monitor； dielectric loss

TM451+.2

： B

： 1007-1881（2010）07-0004-04

2010-04-21

何文林（1963－）， 男， 浙江浦江人， 高級(jí)工程師，從事變壓器類(lèi)設(shè)備的運(yùn)行、檢修和試驗(yàn)研究工作。