1　引言

電容式電壓互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下簡稱CVT)相對于傳統(tǒng)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(bǔ)償電抗器L、保護(hù)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)過中間變壓器降壓到100V或100/ V供給計(jì)量儀表和繼電保護(hù)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路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設(shè)備的功能，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性等[1];故近幾年在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的數(shù)量日益增加，不僅在變電站線路出口上使用，而且大量應(yīng)用在母線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(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)、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)擊穿不僅會影響測量準(zhǔn)確度，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，就會影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

本文對一臺運(yùn)行在220kV母線上的CVT二次電壓在日常測量中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化異常，經(jīng)比較分析試驗(yàn)結(jié)果為內(nèi)部部分電容擊穿，為此提出現(xiàn)場運(yùn)行人員如何盡早發(fā)現(xiàn)CVT類似故障，確保設(shè)備安全運(yùn)行進(jìn)行探討。

2　故障現(xiàn)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(xiàn)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(shù)值出現(xiàn)明顯偏大現(xiàn)象。具體數(shù)據(jù)見下表一。

表一 三次CVT測量數(shù)據(jù)

經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員仔細(xì)復(fù)測、比較、分析，認(rèn)為該相CVT內(nèi)部異常可能性極大，匯報(bào)主管部門及領(lǐng)導(dǎo)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(shù)如下表二。

表二 CVT參數(shù)表

該CVT于2004年8月產(chǎn)品，于2005年8月31日投入系統(tǒng)運(yùn)行。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖一。

圖一 CVT結(jié)構(gòu)原理圖

該CVT停役后，經(jīng)電氣試驗(yàn)人員檢查發(fā)現(xiàn)C相CVT的C2實(shí)際電容量已變?yōu)?.06605μf,與標(biāo)稱值比較變化率為+5%,與前次實(shí)測電容值比較變化率為+4.3%，估計(jì)C2內(nèi)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(yùn)回準(zhǔn)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(xiàn)象分析

電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，作為承受高電壓的設(shè)備，運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)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(tǒng)110kV及以上電壓等級互感器的事故與障礙作過統(tǒng)計(jì)分析，全公司在運(yùn)(110kV、220kV、330kV、500kV電壓等級)CVT共計(jì)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;因諧振過電壓引起的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次;由于雷電過電壓而造成損壞的，國產(chǎn)220kV CVT為1臺次。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，2004年度，通過現(xiàn)場運(yùn)行、管理人員的認(rèn)真巡視以及預(yù)防性試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除了大量互感器障礙和缺陷，110kV及以上CVT障礙與缺陷情況見表三。

表三 2004年度110kV及以上CVT障礙與缺陷情況統(tǒng)計(jì)表

由CVT結(jié)構(gòu)原理圖可知，正常運(yùn)行時(shí)， CVT整臺承受系統(tǒng)電壓，經(jīng)C1、C2分壓后，由T變壓輸出相應(yīng)的電壓供保護(hù)、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(nèi)部部分電容被擊穿短路，會造成C2的電容量增大，若C1電容基本不變，則運(yùn)行中C2分壓的電壓(T的一次側(cè)電壓)將減少，從而造成T2二次側(cè)輸出降低，與本次發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合;反之，若C1內(nèi)部部分電容被擊穿短路，會造成C1的電容量增大，若C2電容基本不變，同理運(yùn)行中C1分壓的電壓將減少，在母線實(shí)際電壓基本穩(wěn)定不變的情況下，C2上將分得更大的電壓(T的一次側(cè)電壓)從而造成T2二次側(cè)輸出升高。

當(dāng)然，也有其他原因可能會引起CVY二次電壓的異常出現(xiàn)，國家電網(wǎng)生技[2005]172號《輸變電設(shè)備運(yùn)行規(guī)范》中《110(66)kV-500kV互感器運(yùn)行規(guī)范》中第二十一條“ 電容式電壓互感器二次電壓異常現(xiàn)象及引起的主要原因”已明確了CVT正常運(yùn)行中可能出現(xiàn)的異常情況及原因。

(1)二次電壓波動：引起的主要原因可能為，二次連接松動;分壓器低壓端子未接地或未接載波線圈;電容單元可能被間斷擊穿的;鐵磁諧振引起。

(2)二次電壓低：引起的主要原因可能為，二次連接不良;電磁單元故障或電容單元C2損壞。

(3)二次電壓高：引起的主要原因可能為，電容單元C1損壞;分壓電容接地端未接地。

(4)開口三角形電壓異常升高：引起的主要原因可能為，某相互感器的電容單元故障。

4　正常運(yùn)行監(jiān)視方法探討

與其他電氣設(shè)備一樣，運(yùn)行中CVT發(fā)生障礙及缺陷的情況還是一定比例存在的，并有不同程度的上升趨勢。但CVT是全密封設(shè)備，除發(fā)生滲漏油、異常聲響等，會從外表較明顯表現(xiàn)外，其他如表三中所示的障礙與缺陷，一般較難直觀發(fā)現(xiàn)，必須采取一定的技術(shù)手段才能盡早發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的可能異常情況。從CVT的工作特點(diǎn)可知，CVT本身是計(jì)量器具，二次電壓的幅值、相位和波形能反映出設(shè)備本身的運(yùn)行狀況。實(shí)際運(yùn)行中可利用這一條件，注意監(jiān)視，選定合理的比較對象，可以較早發(fā)現(xiàn)CVT的異常情況。

近幾年來，省公司及各地市局都針對CVT在運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況，通過不同途徑、要求采取各種方法加強(qiáng)對CVT的現(xiàn)場運(yùn)行監(jiān)視。一般情況下，現(xiàn)場運(yùn)行人員可通過以下方法，初步掌握CVT的運(yùn)行情況。

(1)、通過定期對二次電壓進(jìn)行抄錄或測量。對有裝置(如保護(hù)、測控裝置等)可反映二次電壓的，應(yīng)結(jié)合每次巡視時(shí)抄錄并比較;對無法通過裝置反映二次電壓的，可定期手工測量二次電壓進(jìn)行比較，測量周期一般可定為每月一次。此種方法較原始，無法在線監(jiān)測CVT的運(yùn)行情況。當(dāng)然可考慮通過專門的電壓監(jiān)視裝置實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測功能。

(2)充分利用自動裝置采樣、軟件程序比較判別的方法可實(shí)現(xiàn)CVT的在線監(jiān)測?，F(xiàn)在普遍利用當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)立CVT電壓監(jiān)視功能。分別通過設(shè)置3U0越限;同名、不同名相電壓不平衡比較;電壓幅值越限等方法，對達(dá)到相應(yīng)越限值的，發(fā)出報(bào)警居委會提示運(yùn)行人員。

上述兩種方法，最關(guān)鍵是確定相應(yīng)的限值，筆者收集了幾個(gè)220kV典型變電站正常運(yùn)行時(shí)的電壓值，見表四。

表四 幾個(gè)典型220kV變電站CVT電壓值

通過對表四數(shù)值的分析，筆者認(rèn)為：

(1)、對于由手工定期抄錄的，一定要注意保存原始數(shù)據(jù)，特別是3U0的數(shù)值。在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再利用縱向(與原始或上次數(shù)值比較，發(fā)現(xiàn)變化率)、橫向(與相鄰運(yùn)行設(shè)備的變化率對照)的比較，可確定是系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)有變動，還是CVT本身反映的系統(tǒng)值有變化，如不是系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)變化所致，應(yīng)該引起重視，某相電壓突變可能是內(nèi)部故障的信號。對3U0的數(shù)值變化情況要高度重視，3U0的突然升高，一般而言，CVT發(fā)生異常的可能性較大。

(2)、從表四的數(shù)值發(fā)現(xiàn)，對幾個(gè)正常情況下3U0的數(shù)值較高的變電站，應(yīng)該查明原因。確定是三相CVT電容配置問題還是中間變壓器的問題，甚至還有可能是二次回路的問題。(3)、對于利用當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的CVT在線監(jiān)測的情況。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)充分發(fā)揮實(shí)時(shí)系統(tǒng)的功能，將各CVT電壓整點(diǎn)值以負(fù)荷日志的形式記錄并存盤，以便于異常報(bào)警時(shí)，進(jìn)一步核實(shí)、比較?，F(xiàn)在一般情況下，3U0的值不引入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，應(yīng)該考慮將3U0作遙測量接入系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)整點(diǎn)存貯。但要注意，3U0引入測控裝置，不應(yīng)考慮再經(jīng)熔絲保護(hù)，否則一旦熔絲熔斷，不但正常運(yùn)行無法發(fā)現(xiàn)，也不利于對3U0的監(jiān)視。

(4)、對于某些變電站，線路壓變?yōu)镃VT，而母線壓變?yōu)殡姶判偷模?、不同名相電壓不平衡比較時(shí)，其絕對值的差值應(yīng)經(jīng)過實(shí)地測量后再確定變化率。

5　發(fā)現(xiàn)異常時(shí)的處理方法

構(gòu)成CVT分壓器的電容器是由不同數(shù)量的電容元件串聯(lián)構(gòu)成的，在運(yùn)行過程中，當(dāng)電容器內(nèi)發(fā)生電容元件損壞時(shí)，剩余的電容元件所承受的運(yùn)行電壓會升高;損壞的元件越多，其它元件所承受的電壓越高，更容易引起絕緣擊穿，并形成一種惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致燒毀甚至爆炸。故當(dāng)懷疑CVT有可能異常時(shí)，處理過程必須慎重、妥善。

(1)在巡視CVT時(shí)，必須考慮保持一定的安全距離;

(2)CVT二次回路空氣開關(guān)跳開，在未明確一次設(shè)備是否異常前，不得盲目恢復(fù)二次空氣開關(guān)的運(yùn)行;

(3)若CVT本體有明顯異常，如冒油、滲漏油，或與此CVT有關(guān)的二次回路設(shè)備出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象，應(yīng)即匯報(bào)調(diào)度，緊急停役;

(4)當(dāng)在線監(jiān)測手段提示CVT可能有異常情況時(shí)，是否需要再通過人工測量的方法進(jìn)行確證，此點(diǎn)值得商討。筆者認(rèn)為，不宜提倡由人工近距離手工測量確證，即使必須要人工核實(shí)，也應(yīng)考慮在遠(yuǎn)離CVT的相關(guān)回路上進(jìn)行。另，人工測量CVT二次電壓時(shí)，是否需采取一定的安全措施，如穿絕緣靴等，以防止因高電壓串入二次回路造成人身傷亡，此點(diǎn)也頗值得思考。

參考資料

[1]　GB 4703-2001《電容式電壓互感器》。

[2] 王夢云.2004年度110kV及以上互感器事故統(tǒng)計(jì)分析。電力設(shè)備，2005，(12)。

[3] DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》。

[4] DL/T 727—2000中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《互感器運(yùn)行檢修導(dǎo)則》。