现场︱某110kV电容式电压互感器二次电压异常分析
新疆电力公司昌吉供电公司、华电新疆发电有限公司昌吉热电厂的研究人员张瑞明、陈莉，在2015年第8期《电气技术》杂志上撰文，电压互感器是用来监视系统电压的重要电力设备，主要有电磁式电压互感器和电容式电压互感器，目前电容式应用得最为广泛，特别是在110kV及其以上系统。
文章简单介绍了电容式电压互感器的结构原理，对某110kV母线电容式电压互感器二次电压异常进行了研究分析，查找出了异常原因，并针对性地提出了一些防范措施，为其他电力设备事故分析研究提供了一定的参考价值。
目前，大多数35kV及其以上电压互感器都是电容式的[1-2]，也叫CVT（CapacytorVoltage Transformer），电容式电压互感器是一种十分重要的高压输变电设备，主要用做电压测量和继电保护信号的取样装置。
电容式电压互感器主要是由两个电容串联和中间变压器单元组成，它是由串联的电容器抽取电压，通过中间变压器变压为电力系统的计量、继电保护等提供电压源，也可以用作载波通信[3-5]。
与传统的电磁式电压互感器相比，CVT不仅可以有效地抑制电压互感器铁芯饱和带来的铁磁谐振，而且随着这几年技术的不断进步其在经济和安全上也有许多优越之处。但在电力系统运行中，有许多因素会使得电压互感器电压测量异常进而引发更严重的后果，例如因电容式电压互感器制作工艺质量问题、运行维护不到位或者一些外力因素等。
本文通过对两起电容式电压互感器二次测量电压异常进行分析研究，通过实物解体验证，查找出了电压互感器故障原因，并提出了相应的反事故措施。
1 电容式电压互感器结构
电容式电压互感器为单相单柱式结构，它是由电磁单元和电容分压单元两个部分组成，其结构原理如图1所示。
图1 电压互感器结构示意图
图中：C1为高压电容；C2为中压电容；T为中间变压器；L为补偿电抗器；P为保护球隙；其中虚线范围的为氧化锌避雷器；δ为分压电容单元尾端；ZD为阻尼电阻；a、b分别为电压互感器C1高压端和C2高压端；E为C1和C2的中间抽头；A和X为中间变压器T一次绕组的高压端和低压端。
2 事件经过
运维人员通过调控信息发现某110kV变电站110kVⅠ母电压互感器A相计量和保护二次电压为0V，B相、C相电压正常，为62V左右，即可向上反映。检修人员到站后，110kVⅠ母电压互感器处于运行状态，用110kV验电器对110kVⅠ母电压互感器一次接线板进行了验电，证明一次有电压。量取PT端子箱内的电压值，B相、C相电压正常，A相电压计量用和保护用的二次电压为1.3V，二次绕组da-dn上的电压为1.3V，即二次回路没有电压。量取电压完毕后，检修人员办理了第一种工作票，将110kVⅠ母电压互感器停电。
3 设备相关参数及试验数据
某110kVⅠ母A相电容式电压互感器相关参数如表1所示。
表1 110kVⅠ母A相PT参数
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设备名称 |
型号 |
编号 |
铭牌电容量（uF） |
出厂时间 |
|
110kVⅠ母PT |
TYD110/ /3-0.02H |
97-451 |
0.02 |
1997年7月 |
首先对进行了A相电压互感器经行了绝缘电阻试验和介质损耗试验。
3.1 绝缘电阻试验
用绝缘电阻表测试电压互感器C2末屏端δ端对地绝缘电阻为100000 MΩ，一次接线端对地绝缘电阻为100000 MΩ，则绝缘电阻值良好。
3.2介质损耗试验
用CVT自激法测量C1、C2时，升压到100V时介损测试仪器过流保护动作。通过C1、C2中间抽头E和电压互感器一次接线进行正接线测试C1，结果正常；高压线接中间抽头E，信号线Cx接电压互感器C2末屏端δ，进行正接线测试C2，电压到始终升不上去，怀疑中间抽头E接地；高压线接电压互感器C2末屏端δ，进行反接法测试C2，能够进行升压。从表一可以看出电容单元C1、C2的电容量没有明显变化，tgδ1合格，tgδ2由于为晚上，天气潮湿而且为反接法（C2末屏端δ对一切杂散电容的介损和），故介损很大。
4 异常分析
110kVⅠ母电压互感器A相历次测试数据如表2所示，使用仪器都为AI6000E介损桥。
表2 110kVⅠ母电压互感器A相历次测试数据
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试验时间 |
2015.01.13 |
2010.10.23 |
2006.05.11 |
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tgδ（C1/C2） |
0.118%/4.725% |
0.14%/0.147% |
0.116%/0.109% |
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电容量C1（nF） |
29.71 |
29.87 |
29.77 |
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电容量C2（nF） |
64.51 |
64.86 |
64.55 |
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电容值C总 |
20.34 |
20.45 |
20.37 |
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电容量误差（%） |
1.71% |
2.25% |
1.85% |
4.1 初步分析
通过上述试验及历次试验数据，C1、C2的电容量变化不大，同时可以判断为电压互感器中间变压器高压头至C1C2中间抽头有接地。这是因为：
情况一：二次绕组无电压，则中间变压器无电压，则bA有断开点，而高压线接电压互感器C2末屏端δ，进行反接法测试C2（b点必须接地或通过导体接地，能够构成回路），能够测试出C2合格的电容量；由于升压是2.5kV，若有断开点，也可能有放电声，现场无放电声，则排除该情况。
情况二：EA中的任意一点接地，都会造成中间变压器无电压。而进行反接法测试C2能够形成回路，同时正接线测试C2（高压线接中间抽头E，信号线Cx接电压互感器C2末屏端δ），电压到始终加不上去。
EA中的任意一点接地有可能是bA引下线太长、绝缘老化，搭接在了外壳上，或者C2上并联有一只避雷器被击穿，造成接地。老式电压互感器有结构是这样的（C2上并联有一只避雷器，如图1中的虚线所示）由于该电压互感器是1997年的，铭牌上无结构示意图。以上分析需要进一步进行解体验证。
4.2 解体分析
对该电容式电压互感器进行解体，测试电压互感器电磁单元结构及避雷器绝缘电阻，如图2所示.
图2 将电压互感器电磁单元结构及避雷器绝缘电阻测试
图3 将避雷器拆下测量电阻值及内部烧蚀情况
通过解体可以得知，避雷器的绝缘电阻为0MΩ，其直流电阻值为11.98MΩ，及该避雷器被击穿，从图3可以看出其表面的烧蚀情况。情况二得到验证，避雷器击穿而始终接地，及C2的上端b始终处于地电位，中间变压器一次侧无电压，则保护二次绕组、计量二次绕组和剩余绕组测得的电压为0V。
5 结论
本文从现场试验、电压互感器解体都验证了该110kV电容式电压互感器结构中在C2上并联的避雷器击穿是导致中间变压器一次侧无电压的直接原因。而文献[6]《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》第11.1.1.3条已明确提出电容式电压互感器的中间变压器高压侧不应装设MOA（氧化锌避雷器）。
因此本文提出以下防范措施：
a.)应尽快安排更换该间隔110kVⅠ母B、C相电压互感器，防止类似事故再次发生；
b.)值班员在巡视过程中加强对电容式电压互感器的巡视，将电容式电压互感器的二次绕组电压记录在巡视卡中，若有异常增大及时反馈；
c.)对2000年以前生产的同一厂家的电容式电压互感器加强带电巡视和停电试验；
d.)利用在线监测方法监测电容变化或电压情况。