一起500千伏电容式电压互感器末屏未接地故障分析

摘 要：电容式电压互感器（CVT）具有电磁式电压互感器的全部功能，且有着电磁式电压互感器不可比拟的优点：可兼做载波通信使用，不会与断路器断口电容产生铁磁谐振，而且成本相对较低，耐压水平较高。因此在110kV及以上电压等级系统中，几乎已经取代了传统的电磁式电压互感器。因此，对其运行的安全性要求也越来越高，文章分析了一起500kV母线电容式电压互感器的漏油事故，说明CVT运行时末端进行接地的重要性。

关键词：电容式电压互感器；末端；未接地；放电

前言

随着电容式电压互感器（CVT）在电力系统中的广泛应用，其相比于电磁式电压互感器的优势日益凸显，除具有监视运行电压外，容式电压互感器绝缘结构合理，绝缘强度较高。最重要的是它与结合滤波器一起形成载波高频通道，将系统中的高频谐波分量过滤，同时可对线路负荷电压进行无功补偿。与此同时，对电容式电压互感器的运行安全性、可靠性关注也越来越高，尤其是其电容末端未接地时，对设备和系统的损害越大。

文章将对一起典型电容式电压互感器末端未接地，导致末端放点事故进行分析，探讨保障其安全运行的防范措施，杜绝此类故障再次发生。

1 故障概况

贵阳供电局500kV某变电站，值班人员在进行日常设备巡视时，发现500kV母线电容式电压互感器端子盖有油漏出，附近地面铺面漏出的油，同时发现CVT油位记已经看不见了。值班人员当即向调度报告并将设备退出运行，对500kV母线A相电容式电压互感器进行停电检查。

检修人员打开二次端子盖发现，CVT电容末端未接地。如图1所示。

图1 故障时二次接线端子实物图

初步分析，电容末端N未进行接地，运行中对dn短进行长期放电，导致二次复合绝缘材料板破裂，中间变压器中油漏出。

2 状态信息收集与数据分析

2.1 状态信息收集

发生故障的电容式电压互感器系桂林电力电容器有限公司生产，型号为TYD4 500/√3-0.005H，其电气原理图如图2所示。

电容式电压互感器主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，后三部分总称为电磁单元。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持0.1MPa正压的绝缘油，并用钢制波纹管平衡不同环境以保持油压，电容分压可用作耦合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密封油箱内的变压器，补偿电抗器和阻尼装置组成，油箱顶部的空间充氮。

因此，电容中的油是密封好的，与中间变压器之间是分开的，油位记显示为中间变压器的油，漏出的也是中间变压器的油。

2.2 数据分析

2.2.1 高压电气试验分析

（1）绝缘试验

试验人员对主绝缘及二次端子绝缘进行了检查，尤其是发生放电漏油的N端和dn端之间，试验数据如表1（试验电压1000V）。

表1 绝缘电阻测试

一次主绝缘良好，及电容极间绝缘良好。从二次端子绝缘试验可以发现，N端与dn端之间已经没有绝缘，及两个端子通过放电路线发现连通。

（2）电容量及介质损耗测试

通过对设备进行的电容量及介质损耗角正切值进行测试，并与以往试验数据进行对比，如图3所示。

图3电容量与δ%值对比图

通过对比可以发现，故障前后电容量及介质损耗角正切值都没有明显变化，都在《电力设备预防性试验规程》（Q/CSG 114002-2011）的要求范围内，而且电容极间绝缘良好，可初步判断，电容器内部不存在放电损坏。

（3）变比极性测试

试验人员对CVT进行变比测试，发现变比误差都在2%范围内，符合规程要求，同时极性检查也是正常的，说明中间变压器二次之间没有发生断线或损坏。

2.2.2 油化试验数据分析

由于CVT端子排外部有放电痕迹，为检查内部是否存在放电，试验人员对中间变压器取油进行试验，试验结果如表2所示。

表2 油化试验数据

油化试验结果显示，油中不存在乙炔，其他气体组分也都在标准范围内，所以可以判断，中间变压器内部不存在放电现象。与前面高压试验结果相吻合，及电容量和介质损耗值合格，变比和极性合格。

3 末端放电过程分析

通过高压电气试验结果及油化试验结果分析，可以判断该电容式电压互感器故障放电点在二次端子排外部，即电容末端N与剩余绕组的dn端之间，而电容及中间变压器内部均没有发生放CVT原理图如图4所示。

图4 电气原理图

根据厂家要求，在N端不作载波通讯时必须接地，否则会在N端产生高压。现分析当N端不接地的所产生的悬浮电压。此时在N端与地之间相当于串入一个电容，如图5所示。

图5 末端不接地时等效原理图

其中C为C1 、C2 、C41串联，根据铭牌计算可得

C=14500//14670//19370=5297.8PF，

C2=98980PF

而CX为N端未接地时的等效电容，根据电容计算公式？着S/4？仔kd，由于N端对地的距离较大（约1厘米），而面积S很小（小于0.5平方厘米），因此等效串入的CX值很小，可计算出CX小于1000PF。CX

在运行状态下，电容式电压互感器顶端对地的电压值约为288.675kV，由于串联回路中，电压分布与电容值成反比，因此运行电压主要分布在CX上，即电容末端N对地的悬浮电位U。

可估算出U>200KV，当如此高的电压施加到N端上时，易对周围端子发生放电。由于接线板为2厘米左右厚的复合绝缘材料，介质相对均匀，绝缘主要靠接线板表面的空气。当如此高的电压施加在N端时，极易对最近的端子dn端放电，而且如此高的电压会使绝缘板表面发生电击穿（厂家出厂报告：在电容低压端对地之间施加工频10kV电压，一分钟通过）。电击穿发生的时间特别短，通常不到一秒，而且可以从现场的端子上可以看到明显的放电路线，如图6所示。

图6 端子上的放电路线

因此，可以判断，在此案例中，当末端未接地投入运行的瞬间，N端产生高压，使N端子牌对距其最近的dn端子发生放电，并在两者之间迅速形成导电通道，使两者之间的绝缘完全遭到破坏（因此后来做绝缘试验时两者之间绝缘为0），由于在复合绝缘板表面长期放电，并有电流通过，使得绝缘板发热，并最终导致绝缘板烧坏破裂，使绝缘板后面的中间变压器油漏出来，试验人员通过拆解绝缘二次板后，发现在图6放电路线后面有绝缘板的破裂痕迹，如图7所示。

图7 拆解接线板后在内部发行的漏油裂痕

从内部接线板可以看到，在内部由于有绝缘油浸泡，在N端与dn端之间的绝缘水平很高，比外部靠空气绝缘的表面强度大很多，因此放电最先发生在绝缘板外部，而内部没有发生放电。

由于值班人员在发现漏油后，及时将设备退出运行，使放电漏油对设备的损坏限制在二次端子板破裂上，并没有对中间变压器和分压电容造成损坏，而且在内部还没有发生放电现象。

4 原因及危害

电容式电压互感器末屏未接地是造成该事故的直接原因。按照厂家要求，当电容末端N不作载波装置用时，必须与XL端一起接地。当电容式电压互感器末端未进行接地时，在投入的瞬间，会在N端上产生悬浮高压，在悬浮高压的作用下会对周围最近接线端子发生电击穿，导致绝缘板漏油，如果进一步发展，当中间变压器油漏完之后，会导致内壁空腔放电，产生大量气体，发生设备燃烧或者爆炸，甚至可能导致电网解列。

5 防范措施

通过文章对电容式电压互感器末端放电分析，造成放电的原因主要是施工后未将末屏接地端进行恢复，导致绝缘板击穿破裂漏油。因此，为防止此类事故再次发生，应加强以下几方面的措施。

（1） 加强施工安装、试验、检修等工作人员的技术水平和工作管理。因为安装、试验、检修工作人员都会对CVT二次接线板进行拆解，因此这些工作人员必须要加强业务技术水平和工作态度，防止在工作中出现拆解后为进行恢复。（2）加强验收工作管理，不管是在什么工作后，值班人员在进行现场验收时，一定要对工作人员触碰过的设备进行验收，检查时候恢复到工作前状态。（3）在本案例中，在末端未接地的情况下投入运行，由于电击穿时间很对，一般在0.1秒内，因此二次监视电压未发现有异常情况，导致最后设备漏油。说明在发现此类故障方面，还存在一定的盲区。

参考文献

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作者简介：周林波（1988-），男，汉族，本科学历，助理工程师，主要研究方向：高电压技术。