李 寧，高 飛，吳明鋒

（1.大唐太原第二熱電廠，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司計(jì)量中心，山西 太原 030032；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

電容式電壓互感器現(xiàn)場應(yīng)用情況及故障分析

李 寧1，高 飛2，吳明鋒3

（1.大唐太原第二熱電廠，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司計(jì)量中心，山西 太原 030032；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

以國內(nèi)首條1 000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流輸電線路中山西省內(nèi)的多起電容分壓式電壓互感器設(shè)備故障為背景，整理各典型案例，分析其故障表現(xiàn)形式，并利用建立的電容分壓式電壓互感器的模型,結(jié)合電容分壓式電壓互感器的多種實(shí)際現(xiàn)場故障情況，并應(yīng)用matlab_simulink進(jìn)行仿真，分析研究出某些失常情況時(shí)可能出現(xiàn)的問題，對現(xiàn)場操作人員在處理故障時(shí)有一定的反饋指導(dǎo)作用。

電容分壓式電壓互感器；誤差特性；matlab_simulink仿真

0 引言

電壓互感器是電力系統(tǒng)中必不可少的用于保護(hù)和計(jì)量的單元之一。隨著特高壓，超高壓輸電系統(tǒng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的電磁互感式電壓互感器在絕緣、體積、質(zhì)量、價(jià)格、磁飽和等上的不足日益突出。新一代光學(xué)電壓互感器易受環(huán)境溫度的影響，工藝尚不成熟[1]。在高壓電力量測系統(tǒng)中由于電容分壓式電壓互感器因其結(jié)構(gòu)簡單，性能良好，目前其作為高壓輸變電電力系統(tǒng)一次側(cè)電壓輸入傳感設(shè)備已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用，而現(xiàn)場運(yùn)行工況復(fù)雜，電容分壓式電壓互感器工作狀態(tài)也受工況的好壞發(fā)生變化，其特性不僅直接影響繼電保護(hù)能否正確動作，同時(shí)也對變電站的計(jì)量工作有一定的影響。

1 電容分壓式電壓互感器工作原理

電容分壓式電壓互感器主要有載波電容C，高壓電容C1，中壓電容C2，補(bǔ)償電抗L，阻尼器D，中間變壓器T，保護(hù)器件P等組成。

2 電容分壓式電壓互感器現(xiàn)場故障案例分析

根據(jù)電容分壓式電壓互感器的工作原理及應(yīng)用實(shí)踐，其故障主要集中在電容器及中間變壓器支路上，導(dǎo)致其發(fā)生故障的原因可大致歸納為電容分壓式電壓互感器本身的質(zhì)量故障、各種原因引起的過電壓、接地不良、密封不嚴(yán)等[3]。本文以電容擊穿及中間變壓器故障為典型進(jìn)行介紹。

2.1 電容擊穿案例

2017年2月某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)神雁線三相電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比明顯偏大，檢修試驗(yàn)人員接到通知后立即趕往現(xiàn)場進(jìn)行缺陷排查。工作人員測量后發(fā)現(xiàn)主電容和分電容的實(shí)測電容量與設(shè)備銘牌給的初始值比較，明顯偏高。

當(dāng)電容C1或C2被擊穿后二次側(cè)測量電壓、保護(hù)電壓、計(jì)量電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比較就會出現(xiàn)兩種表現(xiàn)形式，一種如表1所示，三相同時(shí)變化；一種如表2所示，一相或兩相發(fā)生變化。

表1 神雁I線、II線500 kV母線相電壓比較

表2 母線電壓測試數(shù)

根據(jù)對雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器進(jìn)行解體分析，按每個(gè)單元電容量相同計(jì)算，高壓電容C1當(dāng)擊穿1個(gè)電容單元，電容量增大0.228%，二次電壓升高0.217%[4]。下面在matlab_simulink中驗(yàn)證上述結(jié)論。假設(shè)高壓電容C1有部分被擊穿，根據(jù)實(shí)際參數(shù)仿真得實(shí)驗(yàn)圖如圖1所示。

圖1 C1部分被擊穿和正常情況下二次側(cè)電壓仿真圖

虛線代表C1有部分被擊穿后二次側(cè)電壓波形圖，實(shí)線表示正常情況下二次側(cè)電壓波形圖。從仿真也可以看出，當(dāng)C1被擊穿時(shí)二次側(cè)電壓與正常歷史數(shù)據(jù)比較會明顯增加，根據(jù)電壓升高的值可以計(jì)算出擊穿電容單元的數(shù)量，這對工作人員排查電容分壓式電壓互感器故障有一定的指導(dǎo)作用。

2.2 中間變壓器電磁路故障

2016年9月，某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)500 kV母線L2相電容分壓式電壓互感器二次側(cè)電壓失壓。工作人員到達(dá)現(xiàn)場后首先檢查L2相電容分壓式電壓互感器得外觀無異常，然后進(jìn)行介質(zhì)損耗和電容值測量實(shí)驗(yàn)，在應(yīng)用進(jìn)行自激法測量分壓電容器介質(zhì)損耗和電容值時(shí)發(fā)現(xiàn)，在升壓過程中，二次繞組電流很快達(dá)到保護(hù)的整定值15 A，此時(shí)電壓僅為0.3 kV，這與常規(guī)情況不符合。但在對L1相進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓升到0.3 kV時(shí)電流為4 A，與往常實(shí)驗(yàn)相同。初步斷定L2相中間變壓器存在問題。

為了進(jìn)一步確定問題，對L2相中間變壓器進(jìn)行絕緣電阻測量實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)對地的絕緣電阻為10 MΩ，遠(yuǎn)小于相同實(shí)驗(yàn)條件下L1相一次側(cè)對地的絕緣電阻450 MΩ。由此斷定L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)與地之間的絕緣已被擊穿[5]。在仿真中表現(xiàn)為Lt、Rt的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)減小，仿真實(shí)驗(yàn)圖如圖2所示。

圖2 電容分壓式電壓互感器中間變壓器絕緣正常和被擊穿二次側(cè)電壓仿真圖

3 結(jié)束語

鑒于近幾年電容分壓式電壓互感器故障的多發(fā)性以及造成的不良影響，針對電容分壓式電壓互感器的故障運(yùn)行值班人員可以從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)。

a)加強(qiáng)二次電壓監(jiān)控。當(dāng)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較異常時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)控，對二次電壓進(jìn)行橫向和縱向比較，并及時(shí)安排停電試驗(yàn)。根據(jù)雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器解體，按每個(gè)單元電容量相同計(jì)算，高壓電容C1當(dāng)擊穿1個(gè)電容單元，電容量增大0.228%，二次電壓升高0.217%。

b)加強(qiáng)電容分壓式電壓互感器的紅外診斷工作。電容單元和電磁單元故障都會引起異常溫升，通過紅外診斷可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。

c)規(guī)范現(xiàn)場試驗(yàn)，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。嚴(yán)格按照《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》開展巡檢和試驗(yàn)項(xiàng)目；排除接線方式、電磁場、外絕緣表面狀態(tài)等干擾；為了提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，歷次試驗(yàn)盡量采用同樣試驗(yàn)方法、接線方式和測試儀器。

[1] 李一泉.電容式電壓互感器（CVT）對超（特） 高壓輸電線路保護(hù)影響的研究 [D].杭州：浙江大學(xué)，2006:10.

[2] 穆淑云.電容式電壓互感器暫態(tài)性能的仿真計(jì)算 [J].電力電容器，2001（1）：8-13.

[3] 謝超，胡蘊(yùn)斌，葉建濤，等.多種檢測和實(shí)驗(yàn)方法對電流互感器故障的綜合分析判斷 [J].變壓器，2013（8）：75-76.

[4] 胡浩亮，李前，盧樹峰，等.電子式互感器誤差的兩種校驗(yàn)方法比對 [J].高電壓技術(shù)，2011（12）：3022-3027.

[5] 劉建，張志華，張小慶，等.配電網(wǎng)模式化故障處理方法研究 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（11）：97-101.

Application and Fault Analysis of Capacitive Voltage Transformer

LI Ning1,GAO Fei2,WU Mingfeng3
（1.Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Metering Center,Taiyuan,Shanxi030032,China;3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Faults occurred many times on capacitor voltage-dividing voltage transformers on Jingdongnan-Nanyang-Jinmen UHV AC transmission lines of Shanxi section.Through analyzing the faults characteristics and combined with actual fault cases on site,simulations are carried out.As a result,some problems when anomalyhappens are studied and summed up,which could provide references for those personnel on site.

capacitor voltage-dividingvoltage transformer；error characteristics；Matlab-simulink simulation

TM451+.2

B

1671-0320（2017）06-0022-03

2017-05-31，

2017-10-13

李 寧（1985），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于中北大學(xué)通訊工程專業(yè)，助理工程師，從事熱工及計(jì)量專業(yè)工作；高 飛（1982），男，山西文水人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電測計(jì)量專業(yè)工作；

吳明鋒（1985），女，浙江湖州人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)英語專業(yè)，碩士，工程師，從事電力科技查新工作。