500 kV电容式电压互感器典型故障分析

【摘 要】 介绍了500 kV电容式电压互感器在运行中出现二次电压异常、中间变压器故障的典型案例，提出故障的分析办法，和解决拆去的相应措施。

【关键词】 电容式电压互感器 典型故障

1引言

电容式电压互感器（如图1）（CapacitorVoltageTransformer，简称CVT）是由电容分压器和电磁单元组成的具有独特结构的电气设备，其电磁单元的二次电压实质上与施加到电容分压器上的一次电压成正比，而且其相位差接近于零。在220kV及以上电压等级变电站中，由于电磁式电压互感器的制造难度不断增大，电容式电压互感器以结构简单、造价不高等优势更显突出。目前，500kV及以上电压等级电压互感器几乎全部采用电容式电压互感器。

电容式电压互感器常见的异常现象主要有：二次电压波动、二次电压低、二次电压高、电磁单元油位过高、投运时有异音等。

2故障案例

2.1 案例1

（1）某500千伏变电站2号主变TYD2/-0.005H电容式电压互感器，为2006年8月产品，共3台。2007年6月投入运行。2008年8月进行新设备投运后首次试验，试验数据与出厂试验数据无明显变化。2012年9月，发现2号主变一次电压偏高于系统电压。对2号主变一次电压进行数据对比检查，并对电压互感器二次电压进行电压实测和回路检查，电压实测值折算后与监控系统显示电压基本一致，三相对比，C相电压相对低些。调用监控系统所存历史数据（2011年2月23日至2012年9月9日），显示2号主变一次电压偏高。检查2号主变一次电压互感器二次接线箱、端子箱以及测控屏、保护屏接线良好，CVT外观检查无异常，判断可能是CVT设备内部可能损坏。2012年10月2号主变一次CVT退出运行，并进行介质损耗及电容量试验。试验数据与2008年测试数据进行了对比分析，发现A、B、C三相介质损耗和电容量均有一定程度增加。经过测试：

A相：共增加1300pF，估算击穿12个元件左右，其中上节与上次试验数据比较电容量增加650pF，第二节与上次数据比较电容量增加650pF；

B相：上节与上次试验数据比较电容量增加1450pF，估算击穿14个元件左右。

C相：上节与上次试验数据比较电容量增加570pF，估算击穿5个元件左右。

以上三台CVT于2012年10月20日设备返厂，准备试验、解体。

（2）解体前试验（如表1，2，3）

（3）解体检查。对已经进行试验的3台CVT合计共9个电容单元全部进行解体，对电容分压器中的芯子进行检查（见图2）。对分压器每个元件进行2.15kV的直流耐压试验，找出击穿元件的数量和分布情况，并把击穿短路元件进行解体，找出击穿点位置，查看击穿点的损坏情况和元件的制造质量情况。

A相分压器C11从上往下数第11、16、30、31、52、66只元件击穿，共6只，与解体前测试结果吻合。第11个元件击穿情况见图3。

A相分压器C12从上往下数第6、9、18、19、27、56、63只元件击穿，共7只，与解体前测试结果基本吻合。第27个元件击穿情况见图4。

B相分压器C11从上往下数第3、12、13、20、21、22、26、27、34、49、52、55只元件击穿，共12个，与解体前测试结果基本吻合。第3个元件击穿情况见图5。

（4）分压器损坏原因分析：①原材料，原材料检测结果正常。②生产过程，铝箔分切洁净度不合格，据厂家称由于2008年用于生产500千伏的CVT的铝箔的量少，铝箔生产厂的库存有限，在生产急用时，厂家也自行分切一小部分。制造厂的分切机主要用于分切纸和薄膜，极少用于分切铝箔。分切铝箔时若不及时换刀，可能会使铝箔卷的端面有极少的金属粉尘产生。在分切铝箔的过程中环境控制不到位，忽略了高洁净度的要求，使得在分切过程中碎颗粒粉尘和其它异物粘附在铝箔表面。导致局部场强集中，颗粒粉尘和杂质产生低能局部发电，在电场和热场的长期作用下导致部分元件击穿。2008年后，随着500千伏CVT产品的使用量增多及制造厂新生产厂区建成投产，所用的各种规格的铝箔均从材料厂家直接采购，不再设置材料分切工序。③元件搬运过程中造成元件损伤，2006年厂家在老厂房生产时由于设备落后，元件搬运均使用手工搬运，容易碰伤元件，易造成元件在搬运过程中造成损伤。④元件击穿的最大可能性原因，根据厂产品生产过程记录追查发现，此批产品生产时进行了铝箔分切，分切过程可能使电容器铝箔受到污染。综合损坏原因分析的结论和产品生产过程调查，造成电容电压互感器损坏的原因是：生产用分切过程中碎颗粒粉尘和其它异物粘附在铝箔表面，局部场强集中，形成悬浮电位，悬浮电位产生低能放电，致使局部绝缘油及介质逐渐老化，最终导致元件击穿。⑤元件击穿集中在CVT上节的原因分析，由于电容分压器由3节叠装组成，电容分压器对地有杂散电容作用，上下节电容分压器的电压分布不均匀的。离地越远，杂散电容越小，阻抗越大，所分的电压就较高，因此由于有对地杂散电容的影响，在电压的作用下，上节电容分压器的电压要较高，特别是在雷电或操作过电压的作用下，上节电容分压器更容易产生损伤或损坏。

2.2 案例2

2012年，通过对电容式电压互感器设备开展普查工作，发现某500千伏变电站线路用WVB500-5H型电容式压互感器电磁单元油色谱出现异常，油中溶解气体组分试验中发现H2含量为801μL/L，总烃含量为241.08μL/L。次日复试，油中各组份仍有增长，具体数据见表4。

分析为中间变压器可能存在故障，对3个二次绕组进行绝缘试验，结果为3个二次绕组对地绝缘电阻分别为5MΩ、2MΩ、1MΩ，中间变压器的末端对地绝缘电阻为零，测量中间变压器油的耐压及水份含量，均超出规程的注意值。以上检测表明，该CVT电磁单元已经受潮，更换后进一步解体检查。

电磁单元解体后，发现中间变压器一次绕组靠油箱的下部第1层至第3层层间绝缘纸板有局部烧黑的痕迹。此互感器故障原因为CVT电磁单元密封不严，造成运行中进水。由于水份较重沉淀在邮箱底部，影响中间变压器受潮下部绝缘受潮，造成高压绕组层间放电。

3 结语

电容式电压互感器在电力系统中的应用十分广泛，通过对电容式电压互感器二次电压异常原因的分析，可以判断分呀电容是否存在潜在缺陷，并通过试验数据加以验证，因此就要求试验人员要认真做好例行试验工作，并将试验数据与以前的数据及同类型的设备数据进行比较和分析，通过公式：其中C1由上节、中节、下节的上部分元件串联组成，C2由下节的下部元件串联组成；假设C1元件数共441个，假设C2元件数共21个；当C1有1个元件击穿时，二次输出电压会升高，从额定电压57.74V约变为57.87V[57.74×（1/441+1）]；当C1有2个元件击穿时，二次输出电压会升高，从额定电压57.74V约变为58V[57.74×（1/441×2+1）]（类推计算击穿n个元件，二次输出电压升高情况）。当C2有1个元件击穿时，二次输出电压会降低，从额定电压57.74V约变为54.99V[57.74×（1-1/21）]；当C1有2个元件击穿时，二次输出电压会降低，从额定电压57.74V变为52.24V[57.74×（1-1/21×2）]（类推计算击穿n个元件，二次输出电压降低情况）。还要求运维人员要注意电容式电压互感器二次电压的变化情况，利用红外热成像测温手段，以便及早发现设备异常，及时消除设备隐患，以保证设备安全稳定运行。

参考文献：

[1]DL/T474.1～DL/T474.5《现场绝缘试验实施导则》.中华人民共和国国家发展与改革委员会，2006年.

[2]DL/T393《输变电设备状态检修试验规程》.国家能源局，2010年.

[3]《高压电气设备试验方法》.中国电力出版社，2004年.