劉同杰

(樂山電業(yè)局，四川 樂山 614000)

電容式電壓互感器(capacitor voltage transformer，簡稱CVT)是由電容分壓器與電磁單元兩部分構(gòu)成，它具有電壓互感器與電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器的雙重功能，因此近年來在電力系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用［1］。

CVT一般常用于110 kV等級及以上變電站中。目前，由于受制作工藝、運(yùn)輸、設(shè)計(jì)等諸多因素的影響，CVT在運(yùn)行中的問題也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁式電壓互感器和耦合電容器［2］，文獻(xiàn)［3］中電容式電壓互感器二次電壓偏高分析，文獻(xiàn)［4］中對CVT二次失壓故障的試驗(yàn)分析等，都表明CVT二次電壓出現(xiàn)異常情況的現(xiàn)象很頻繁，急迫需要透徹地對其現(xiàn)象進(jìn)行分析。因此針對此問題，以CVT二次電壓偏低現(xiàn)象為基礎(chǔ)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、CVT解體及相關(guān)理論計(jì)算，在詳細(xì)闡述該CVT的結(jié)構(gòu)和制作工藝不足的基礎(chǔ)上，提出了相關(guān)的預(yù)防措施，以便減少該現(xiàn)象的繼續(xù)發(fā)生，保證電容式電壓互感器在電網(wǎng)中穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

1 CVT的工作原理與結(jié)構(gòu)

電容式電壓互感器主要由電容分壓器和中間變壓器組成。由串聯(lián)電容器抽取電壓，再經(jīng)變壓器變壓用作計(jì)量、繼電保護(hù)，如圖1所示。

圖1 110 kV電容式電壓互感器原理圖

出現(xiàn)異常現(xiàn)象的電容式電壓互感器為西安西電電力電容器有限公司，型號為TYD110√3－0.02H，2006年7月生產(chǎn)，2006年12月投運(yùn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由5節(jié)電容串聯(lián)組成，上4節(jié)為C1，最下面1節(jié)為C2，并用酚醛層壓紙板組成的框架將其夾緊，其中每節(jié)電容又由16個(gè)電容單元串聯(lián)構(gòu)成，各單元間的連接采用窄銅帶焊接方式。該互感器引出端子設(shè)置在環(huán)氧層壓板上，端子與板間用密封圈密封。并且能滿足在1.2Un 及1.5Un(中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng))或 1.9Un(中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng))的鐵磁諧振試驗(yàn)要求。

2 故障情況經(jīng)過

2011年7月28日下午4時(shí)37分，某110 kV變電站運(yùn)行人員對110 kV I段母線TV進(jìn)行倒母操作，操作后繼保人員發(fā)現(xiàn)B相TV出現(xiàn)二次采樣電壓偏低的異?，F(xiàn)象，如表1。事故發(fā)生前，檢修人員只對I段母線刀閘進(jìn)行除銹工作，對其他設(shè)備沒有任何操作。

表1 二次電壓采樣數(shù)據(jù)

2.1 停電后檢查

故障發(fā)生后，針對此異?，F(xiàn)象，現(xiàn)場對I母B相TV進(jìn)行設(shè)備外觀檢查，其絕緣瓷瓶外表清潔、連接可靠、油位正常、N端與X端也可靠接地，并未發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)的跡象及其他異常。繼保班工作人員對二次回路進(jìn)行了詳細(xì)檢查，測量各節(jié)點(diǎn)電壓，檢查二次回路的絕緣狀況，一切正常，由此推斷是主設(shè)備自身的原因。為了查清CVT自身問題所在，高壓試驗(yàn)班對B相CVT進(jìn)行了絕緣試驗(yàn)、直阻和變比試驗(yàn)，表2、表3、表4分別為CVT介質(zhì)損耗、二次直阻、變比試驗(yàn)的故障檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 介質(zhì)損耗實(shí)測結(jié)果表

表3 二次直阻實(shí)測結(jié)果表

表4 變比實(shí)測結(jié)果表

表2表明，I母B相TV絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，可排除TV進(jìn)水受潮和斷線的可能性。表3中可知道二次繞組直阻數(shù)據(jù)屬于正常值，也可排除由于二次繞阻的問題造成此異?，F(xiàn)象。從表4中可看出故障后變比測試的誤差值比較大。綜合以上3類試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可大體上推斷出此異常狀況是由CVT的一次電容屏絕緣受到局部破壞所導(dǎo)致。

2.2 CVT 解體檢查

為了進(jìn)一步查清楚故障所在處，對I母B相TV進(jìn)行解體，擰下電容分壓器與電磁單元法蘭處的螺絲，吊起電容分壓器，經(jīng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，在電容分壓器的C2的第8個(gè)電容單元處有黑點(diǎn)，并對16個(gè)電容單元逐一進(jìn)行電容量測試，發(fā)現(xiàn)第8個(gè)電容量為零。對第8個(gè)電容單元進(jìn)行拆解，如圖2，發(fā)現(xiàn)錫箔紙受到局部放電的影響已被擊穿。

圖2 錫箔紙局部破壞

2.3 計(jì)算分析

為了進(jìn)一步確認(rèn)故障由該處所引起，利用表2中的電容量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程如下。

中壓電容C2所分得的額定電壓為

那么C2對二次繞組的額定變比分別為

C2未故障時(shí)，每個(gè)電容單元電容量為

當(dāng)?shù)?片電容量為零，C2總電容量為

則此時(shí)中壓電容上所分得的電壓為

利用式(2)中的計(jì)算結(jié)果，得二次電壓為

從式(6)計(jì)算數(shù)據(jù)中可得出I母B相TV二次電壓與表1中所反應(yīng)的數(shù)據(jù)相差不大，從理論上可以將此次二次電壓偏低的異常現(xiàn)象得到論證，此故障確實(shí)是由第8節(jié)電容單元電容量為零所引起。

3 故障原因分析

從故障現(xiàn)象及試驗(yàn)檢查情況來看，出現(xiàn)該故障可能有以下幾點(diǎn)原因。

(1)該次出現(xiàn)故障的產(chǎn)品只能滿足在1.2Un及1.5Un(中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng))或1.9Un(中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng))的鐵磁諧振試驗(yàn)要求，此次倒母操作很可能產(chǎn)生多次的諧波諧振電壓，易產(chǎn)生局部放電，損壞分壓電容絕緣。

(2)酚醛紙板的層間易帶雜質(zhì)，且紙板不易干燥徹底，這些將導(dǎo)致電容芯柱高壓端對地發(fā)生放電擊穿現(xiàn)象。

(3)鋁箔端部尖端處場強(qiáng)集中，易產(chǎn)生局部放電，從而對膜紙復(fù)合介質(zhì)的絕緣性能產(chǎn)生了積累效應(yīng)，縮短了使用壽命。

(4)元件間的連接采用窄銅帶焊接方式，不能承受大電流的沖擊，電流密度大，并且在焊接時(shí)溫度較高，有可能會燙傷元件端絕緣，且焊渣易脫落，位于兩極板間的焊渣易導(dǎo)致局放量增大，更嚴(yán)重者將引起電容元件的擊穿。

4 預(yù)防措施

與此次故障類似結(jié)構(gòu)的CVT仍有大量在網(wǎng)運(yùn)行，為了避免類似故障再次發(fā)生，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，可采取以下措施預(yù)防:①CVT產(chǎn)品為充油密封結(jié)構(gòu)，在使用期間應(yīng)經(jīng)常巡查產(chǎn)品的密封情況;②出線盒中d1、d2端子是阻尼器的連接端子，使用中必須保證可靠連接，不允許松動;③當(dāng)不接載波裝置時(shí)，N、X端子必須可靠短接;④運(yùn)行中應(yīng)注意產(chǎn)品有無異常響聲，二次電壓指示是否正常，開口三角形電壓是否升高，如有異常應(yīng)停止運(yùn)行;⑤利用停電預(yù)試機(jī)會，加強(qiáng)對CVT的檢查和試驗(yàn);⑥日常維護(hù)中重視紅外熱成像的應(yīng)用，通過定期進(jìn)行紅外監(jiān)測和診斷，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷，排除事故隱患;⑦每次過電壓操作后，應(yīng)注意觀察CVT二次的電壓有無較大的變化。

以上為針對類似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品提出的預(yù)防措施，對于新建變電站使用的CVT，針對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及制作工藝，提出以下幾點(diǎn)要求，以防止缺陷的頻繁發(fā)生。

(1)要求CVT在0～1.5Un(中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng))或0～1.9Un(中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng))任一電壓下都能滿足鐵磁諧振試驗(yàn)的要求，以保證CVT投運(yùn)時(shí)不發(fā)生鐵磁諧振現(xiàn)象。

(2)引出端子板采用一體式環(huán)氧澆注板(即引出端子的導(dǎo)桿與環(huán)氧在真空下澆注而成)，端子與板的結(jié)合致密，保證不吸潮，絕緣性能好。

(3)元件間的連接采用寬鋁帶壓接方式，保證能承受大電流的沖擊，電流密度小，對極板無灼傷作用，杜絕由于脫落的焊渣引起的電容器內(nèi)部的擊穿現(xiàn)象。

(4)在鋁箔的端部處增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)紙，降低局部放電量，提高了絕緣水平，延長使用壽命。

(5)電容分壓器芯子緊固，采用塑料收縮帶及瓷套兩端的蓋板，包角采用電工紙板。杜絕酚醛層壓板的沿面放電現(xiàn)象。

5 結(jié)論

隨著電容式電壓互感器廣泛地在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，出現(xiàn)的故障也在相應(yīng)地增加。此次故障并非是偶然，在本單位已有兩起該故障發(fā)生，并且在外單位也有多起類似缺陷出現(xiàn)，盡管表現(xiàn)形式多樣，但始終歸結(jié)于制造工藝、結(jié)構(gòu)原理及絕緣的累積效應(yīng)所導(dǎo)致。近年來，CVT故障率的不斷增加影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，為此，必須引起制造廠家和電力部門對該問題的高度重視，要求不斷改進(jìn)產(chǎn)品的制造工藝和手段，重視日常運(yùn)行維護(hù)管理工作。

［1］周芳，韓幸軍，李懂懂，等.一起110 kV母線電容式電壓互感器二次電壓異常分析與處理［J］.電氣技術(shù)，2011(5):51－52

［2］江礓，張富剛，樊越甫，等.110 kV變電站電壓互感器故障原因分析［J］.電力自動化設(shè)備，2010，30(10):139 －140.

［3］劉勝軍，王忄廉，郭猛.電容式電壓互感器二次電壓偏高分析［J］.變壓器，2010，47(4):66 －68，11.

［4］胡偉，王天一.電容式電壓互感器二次失壓故障的試驗(yàn)分析［J］.電力電容器與無功補(bǔ)償，2011，32(2):59 －62.

［5］張金祥，黃德順.淺析電容式電壓互感器二次電壓偏高現(xiàn)象［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(1):115 －116.