两起220kV电容式电压互感器二次电压降低故障分析

【摘 要】电容式电压互感器（CVT）是电力系统重要的输变电设备，它在电网中将一次电压信息传递给测量、保护和控制装置[1]。本文针对两起220kv电容式电压互感器（CVT）二次电压降低情况，通过试验分析，发现故障是由CVT电磁单元的环氧绝缘板劣化所致，最后提出该批次CVT的运维策略。

【关键词】电容式电压互感器 二次电压 绝缘板

电容式电压互感器（CVT）是电力系统重要的输变电设备，它在电网中将一次电压信息传递给测量、保护和控制装置[1]。由于其制造工艺简单，运行可靠性高，因此在我国电力系统得到广泛应用。但由于厂家工艺、产品本身问题等原因，CVT发生故障的个案也不少。本文就我局的两起220kV CVT二次电压降低故障进行了分析，找到故障原因，最后提出该批次CVT的运维策略。

1故障现象

我局某500kV变电站一期220kV线路间隔的CVT为加拿大传奇公司生产的TEM型，1987年投产。2014年6月2日，一线路C相CVT 二次电压偏低（C相36V，正常相为57.7V），当日停电更换C相CVT。2014年7月25日，另一线路A相CVT出现同一现象故障，当日停电将三相CVT更换。

翻查该2台CVT的预试记录、红外检测以及运行巡视记录，均没有异常，属于突发性缺陷。

2故障分析

CVT二次电压异常常见的原因有电容分压器损坏、中间变压器损坏、补偿电抗器损坏等[2]。为查找该2台CVT的故障原因并提出对策，将以上两相CVT和另一正常相CVT进行诊断性试验。三只CVT的绝缘电阻、直流电阻、电容值、介损值、变比等常规试验项目数据均在正常范围内。在常规试验无法查找缺陷原因的情况下，利用串联谐振耐压装置对3只CVT进行升压试验，模拟试品在运行中的情况。C相CVT（下节）在电压54kV（0.85倍运行电压，下节Un=110/ =63.5 kV）时出现电压不稳，二次电压在35-40V之间波动，并听到电磁单元油箱内部有异常响声。A相CVT在电压63.5 kV（1.0倍运行电压，下节Un=110/ =63.5 kV）时出现电压不稳，二次电压在46-50V之间波动，并听到电磁单元油箱内部有“当当”的异常响声。以上两相故障CVT在电压升至运行电压附近时，出现二次输出电压不稳定，与运行中异常情况吻合。正常相CVT升至63.5kV无异常，后升压至1.1倍运行电压也无异常。

根据耐压试验可以判定A、C相CVT内部存在缺陷。为了确定缺陷是在电容分压器还是在电磁单元，对A相CVT进行解体检测。把电容分压器和电磁单元分离，测试电容分压器，绝缘电阻、电容量、介损值均正常，电容分压器合格。打开电磁单元油箱，便发现电磁单元的内部地刀（运行中打开）静触头座有碳迹，与接地端螺杆之间的绝缘板有明显的放电通道痕迹（图1 ）。检查C相CVT，绝缘板有同样的碳迹及放电通道痕迹，而正常相CVT则无此现象。初步判断故障是由于连接于环氧绝缘板的内部地刀静触头座对接地刀端子放电所致。

图1 A相CVT电磁单元绝缘板

脱开中间变压器高压端子与绝缘板的连接，单独测量中间变压器，各项数据表明中间变压器无异常。为确认绝缘板的缺陷，对以上三相CVT取油箱油样进行油中溶解气体色谱分析（见表一），并对绝缘板进行耐压试验。

表1 油箱油样试验数据（单位μL/L）

设备 氢气（H2） 甲烷（CH4） 乙烷（C2H6） 乙烯（C2H4） 乙炔（C2H2） 总烃（∑CxHy） 一氧化碳（CO） 二氧化碳（CO2）

A相CVT 7907 515.23 288.59 1541.2 1389.66 3734.68 467 122887

C相CVT 11533 778.34 535.7 2320.45 2388.11 6022.6 1217 56867

正常相CVT 203 22.21 11.15 17.56 42.19 93.11 102 13304

色谱分析数据显示，A、C相CVT油中总烃、氢气、乙炔都远远超过注意值（分别为100μL/L、150μL/L、2μL/L）。根据《DL/T722-2000变压器油中溶解气体分析和判断导则》三比值法的编码规则，算出编码组合均为112，表示有电弧放电，主要是指油隙闪络，引起对箱壳放电，符合图1所示的缺陷情况。A、C相CVT的二氧化碳含量远远超过材料正常老化产生的二氧化碳量。根据《导则》要求，计算CO2/CO比值，远远大于7，表示固体绝缘劣化。从图1可以看出，放电通道正是建立在地刀静触头和接地点的绝缘板上。

正常相CVT的气体含量以及CO2/CO比值也超过注意值，说明该CVT绝缘板的绝缘性能也处于劣化过程中。

从CVT的电容分压比计算可知，在额定电压下中间变压器一次侧的电压（即加在内部地刀静触头与接地端螺杆之间的电压）约8kV，参照这一电压，对3个试品的绝缘板进行绝缘检测和耐压试验，以确认绝缘板的绝缘状况。A、C相CVT绝缘板绝缘电阻不合格：1000V，绝缘电阻0.45MΩ；2500V，绝缘电阻表输出电压在900-1000V之间波动，无法得到稳定读数。在刀闸静触头进行加压，试验变压器在1kV左右保护动作，说明绝缘板绝缘已经被破坏。正常相CVT绝缘板2500V下绝缘电阻3.7MΩ，耐压试验8kV无异常，升高电压至9kV闻到焦味，油中冒烟和出现气泡，可见正常相CVT其绝缘板的绝缘裕度已不足。

由图2的CVT内部结构图可知，运行中中间变压器一次侧的电压约为8kV，此时内部地刀静触头与接地端螺杆之间也约有8kV的电压。承受电压的绝缘板由于运行日久，绝缘降低，在电压作用下，形成放电通道，使扼流线圈和中间变压器一次侧线圈并联，从而使得加在中间变压器一次侧的电压降低，导致CVT二次输出电压变小。

图2 CVT内部结构图

3 结语

CVT油箱内电磁单元的环氧板劣化，在运行电压下内部地刀静触头与接地端螺杆形成放电通道，使扼流线圈和中间变压器一次侧线圈并联，从而使得加在中间变压器一次侧的电压降低，导致CVT二次输出电压变小。该变电站一期220kV线路间隔的CVT自1987年投运至今已28年，随着运行时间长，中间变压器油箱内的环氧板绝缘性能逐步下降。由于预防性试验的试验电压较低，因此无法检测出该缺陷。油箱内油量少无法取油样进行跟踪分析，而此类固体绝缘的放电发展较快，红外检测也较难发现，因而常规的预防性试验和运行巡视均不能发现缺陷，也不具备现场检修条件。因此建议应尽快更换该批次CVT。在更换前，应至少储备1组新CVT作为备品以备随时更换。

参考文献：

[1] 陈志勇.110～220kV电容式电压互感器运行故障及缺陷分析[J].电气应用，2009，28（17）.

[2] 乔立凤，高敬更，温定筠 等.电容式电压互感器二次电压异常分析处理[J].电子测量技术，2013，36（2）.

作者简介：麦荣焕（1981―），男，广东鹤山人，工程师，研究方向：高压电气试验。