尹青華，李 培，郭良峰，裴 英

（國家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟南 250002）

0 引言

電容式電壓互感器 （Capacitor Voltage Transformer，簡稱CVT）是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，它將電網(wǎng)一次電壓信息傳遞給測量、保護和控制裝置［1］。CVT由電容分壓器和電磁單元組成，兼有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，同時還能可靠阻尼鐵磁諧振并具有優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性［2］。另外，CVT還有制造工藝簡單、運行可靠性高等優(yōu)點，因此近幾年在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，不僅在電力載波線路上使用，而且大量應(yīng)用在母線和變壓器出口上以代替電磁式電壓互感器［3］。

CVT有較高的故障率，較為常見的有電容單元或電磁單元損壞、補償電抗器兩端保護用避雷器故障、阻尼器中速飽和電抗器參數(shù)不當、電容分壓器末屏接地不良及二次接線松動等。這些故障將導(dǎo)致電容式電壓互感器二次電壓輸出異常，對保護及測量帶來嚴重影響，威脅電網(wǎng)的安全運行［4］。本文介紹了一起66 kV電容式電壓互感器因中壓電容抽頭焊接脫落導(dǎo)致二次失壓故障的診斷分析。

1 CVT工作原理

CVT由電容分壓器和電磁單元構(gòu)成，電磁單元包括中間變壓器、補償電抗器、諧振阻尼器和過電壓保護器，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。C1、C2組成電容分壓器，C1為高壓電容，C2為中壓電容。中間變壓器T將C2上抽出的電壓降為低壓，供測量和保護用。補償電抗器L用以補償電容分壓器的容抗，提高CVT的二次負載能力。CVT的電容分壓器、帶鐵心的補償電抗器L和中間變壓器T，構(gòu)成了電容和非線性電感的串聯(lián)回路，在一定條件下會產(chǎn)生鐵磁諧振。F為保護用避雷器，當電磁單元發(fā)生鐵磁諧振時，降低變壓器一次側(cè)的電壓［5］。Z為阻尼器，用以阻尼CVT內(nèi)部可能產(chǎn)生的鐵磁諧振。1a、1n為主二次1號繞組，2a、2n為主二次2號繞組，da、dn為剩余電壓繞組。

圖1 電壓互感器結(jié)構(gòu)原理圖

電容式電壓互感器的二次電壓值與電容分壓單元和電磁單元均有關(guān)，為確定電壓互感器的故障部位，需分別對電容分壓單元和電磁單元進行檢測。

2 故障介紹及設(shè)備參數(shù)

某變電站一臺66 kV電容式電壓互感器二次失壓，該設(shè)備概況如表1所示。高壓試驗人員對其進行診斷試驗，試驗中一次繞組加壓時，二次繞組測量無電壓，因此設(shè)備不具備繼續(xù)運行的條件，暫退出運行。

表1 設(shè)備概況

3 現(xiàn)場檢查試驗

對分壓電容器用自激法測試上、下兩節(jié)的電容量，高壓電容C1、中壓電容C2均無數(shù)據(jù)，表明回路開斷，因此初步判定電容分壓單元或中間變壓器一次繞組、二次繞組存在斷路。

對電磁單元中間變壓器進行直流電阻測量，二次繞組的直流電阻測試結(jié)果見表2。對1a、1n繞組加壓，測量其他二次繞組電壓，測試結(jié)果見表3。由表2及表3可知，中間變壓器二次繞組直流電阻測試數(shù)據(jù)合格，即不存在斷路或短路，在1a、1n側(cè)加壓，其他二次繞組均能感應(yīng)出電壓，且滿足變比要求，因此判斷中間變壓器T磁路無開斷、一次繞組無短路。

表2 二次繞組直流電阻測量數(shù)據(jù)

表3 二次繞組電壓測試數(shù)據(jù)

對CVT整體進行電容量CX及介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測試，測試結(jié)果如表4所示。

表4 整體電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)測量數(shù)據(jù)

由表4可知電容分壓器整體電容量初值差在±2%以內(nèi)，是合格的，因此判斷內(nèi)部電容層無擊穿或開斷，A極和N極處接觸良好。進而可判斷出斷點應(yīng)該在中間變壓器一次繞組上，若斷點在一次繞組低壓端P2處，則在二次繞組1a、1n側(cè)加壓時，一次繞組低壓端P2將產(chǎn)生懸浮電位對地放電，然而現(xiàn)場測試時未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象和放電聲響，因此斷點極有可能在一次繞組高壓端P1處，但應(yīng)結(jié)合解體后試驗做進一步分析。

4 解體檢查及原因分析

4.1 解體試驗分析

為了最終確定CVT的故障原因，對其進行解體檢查，解體后電容量CX及介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ測試結(jié)果見表5。

表5 解體后電容量及介質(zhì)損耗因數(shù)測量數(shù)據(jù)

由表5可知電容量C1、C2與出廠值相比均有較大的變化，并且通過電橋利用正反接線測量C1時，測試結(jié)果相差較大。判斷導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因為一次繞組高壓端P1處導(dǎo)線開斷形成串聯(lián)間隙，且由于間隙距離較小，在一定電壓作用下，造成間隙似接非接的狀態(tài)，間隙形成等效電容，與原有C1電容相串聯(lián)，造成總的電容量減小和介質(zhì)損耗增大。

4.2 進一步解體分析

拆開電磁單元封板，將電容器與電磁單元進一步解體，檢查發(fā)現(xiàn)，電磁單元殼體內(nèi)絕緣油油色透明清澈，無任何懸浮雜質(zhì)存在，排油后檢查電磁單元與膨脹器單元完好，低壓端抽頭N處焊接良好，中壓電容抽頭X處焊接脫落，導(dǎo)致中間變壓器T與電容分壓器間連接斷開。

4.3 故障原因分析

廠家在電壓互感器設(shè)計上，為使電容式電壓互感器內(nèi)部電容屏間接觸良好，借助于強力彈簧的壓力來緊固，依靠彈簧的彈性來調(diào)節(jié)各零件的位移。在封裝時，彈簧處于被壓縮的狀態(tài)。中壓電容抽頭X與中間變壓器T間的連接導(dǎo)線為硬導(dǎo)線，收縮形變后回彈力大。然而該導(dǎo)線是在設(shè)備封裝前焊接的，此時導(dǎo)線長度（即低壓套管至焊接點間的距離）約30 cm，但在封裝后，低壓套管至焊接點間的距離約為27.3 cm，連接導(dǎo)線被壓縮較大，導(dǎo)致焊接點處受力加大。另外，各個電容屏綁扎松散，使連接導(dǎo)線容易被錯位的電容屏擠壓，長時間作用后，當受力達到一定極限時，焊接點易斷裂，因此上述問題屬于廠家設(shè)計問題。

5 預(yù)防措施

該電容式電壓互感器中壓電容抽頭焊接處脫落是造成本次故障的直接原因，與高壓試驗數(shù)據(jù)分析吻合。CVT出現(xiàn)的故障情況很多，表現(xiàn)形式和原因千變?nèi)f化，但都與其結(jié)構(gòu)、采用的設(shè)計制造工藝水平、原材料、運行維護有關(guān)。

作為設(shè)備提供者，生產(chǎn)廠家應(yīng)確保設(shè)備制造的工藝質(zhì)量。為了防止類似故障再次發(fā)生，建議廠家設(shè)計時可以采取如下措施：

1）升級連接導(dǎo)線材料，使用導(dǎo)電能力和伸縮能力更強的導(dǎo)線連接，要充分考慮在使用過程中彈簧的收縮程度，同時連接導(dǎo)線需要被合理布置。

2）改進焊接技術(shù)，制定嚴格的工藝標準，提升焊接質(zhì)量，避免假焊、焊點不足、冷焊、掉件等現(xiàn)象發(fā)生，使焊接更加牢固耐用。

3）進一步采取相應(yīng)的措施，將各個電容屏綁扎在一起并有效固定，防止電容屏錯位后擠壓連接導(dǎo)線，造成導(dǎo)線斷開。

6 結(jié)語

加強對CVT的運行維護和定期試驗，加強設(shè)備的巡查力度，當發(fā)現(xiàn)二次側(cè)輸出電壓出現(xiàn)異常時，應(yīng)及時有針對性地進行絕緣特性試驗并結(jié)合油色譜分析和紅外線測試來綜合判斷，與歷史數(shù)據(jù)進行比較，迅速準確地判斷故障的類型和故障部位，使故障獲得有效處理，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。