一起电容式电压互感器电容增大的原因分析

洪贞贤

(广东电网有限责任公司佛山供电局试验研究所，广东 佛山 528000)

0 引言

2016-01-11，某供电局试验研究所试验人员对110 kV X站110 kV Y线A相电容式电压互感器(capacitor-voltage transformer，CVT)进行预防性试验。在试验过程中，发现上节电容C11的测量值为13 180 pF，与2014年预试值比较偏差+2.24 %，与2004年交接值比较偏差+2.96 %；分压电容C2的测量值为49 410 pF，与2014年预试值比较偏差+0.57 %，与2004年交接值比较偏差+0.61 %。110 kV Y线CVT电容量测试数据如表1所示。

表1 110 kV Y线CVT电容量测试数据

从表1可以看出，上节电容C11电容量增长过快，但未超过南方电网《电气设备预防性试验规程》的规定(每节电容值偏差不超出额定值的-5 %～＋10 %；若超过＋2 %时，需缩短试验周期)。

随后试验人员又进行了变比等项目测试，发现变比也明显减小，具体数据如表2所示。

对表2数据进行分析，怀疑上节电容有个别电容单元被击穿而短路，使上节电容串联的电容单元只数减少，总电容增大，变比减小。

对该CVT进行更换，并在检修车间对换下的CVT进行解体检查。

表2 110 kV Y线CVT变比测试数据

1 内部结构分析

110 kV X 站 110 kV Y 线 CVT 的 型 号 为TYD-110/-0.01H，出厂日期为2004年3月，额定一次电压为110/kV，额定二次绕组电压为100/V。其电气原理如图1所示。

图1 110 kV电容式电压互感器电气原理

由图1可以看出，CVT由主电容C11、分压电容C2、中间变压器T、电抗器L和辅助元件(限流电阻R、放电间隔P)等组成。其中，主电容C11由m个电容单元C0组成，分压电容C2由n个电容单元C0组成，如图2所示。

图2 主电容和分压电容内部结构

电容量C11=C0/m，C2=C0/n；且m＞n，m和n的比一般为4∶1。

分压电容的分压比K=(C11+C2)/C11≈5。

2 检查过程

2016-02-16，讨论通过了故障CVT的解体方案后，对CVT进行了解体。

对CVT进行外观检查，电容单元和电磁单元外部均密封良好;电磁单元油箱油位镜油位正常，如图3所示。

图3 电磁单位油箱油位镜

吊起瓷套检查，电容单元芯柱外部正常，如图4所示。

取出电容单元检查，上节电容由90只电容单元串联组成，下节电容由23只电容单元串联组成，如图5所示。

图4 电容单元芯外观检查正常

图5 CVT电容单元

3 电气试验

对所有113只电容单元进行电容量测量，并用1 kV电压测试15 s时的绝缘电阻值，如图6所示。

图6 CVT电容单元测试

测试结果表明，上节电容自上而下编号为70，76，86号电容单元的电容量均为0，极间绝缘电阻均为0。其他电容单元测试数据正常，约为1.15 μF，两极间绝缘电阻均大于1 000 MΩ。

4 电容单元分解检查

薄膜电容器电容采用膜纸绝缘结构，以金属箔当电极，将其和薄膜、纸从两端重叠后，卷绕成扁筒的形状。将70，76，86号电容单元层层展开后，发现3只电容均出现不同程度击穿灼烧痕迹，如图7所示。

图7 受损电容单元的灼烧痕迹

5 故障原因分析

对受损CVT进行内部结构分析、解体检查、电气试验后，分析故障原因如下。

5.1 故障前后的主电容C11和相差值计算

(1) 所有电容单元正常时：

C11≈C0/m=1.15/90=12 780 pF；C2 ≈C0/n=1.15/23=50 000 pF；

K=(C11+C2)/C11≈(12 780+50 000)/12 780=4.91。

(2) 当上节电容击穿短路时：

C′11 ≈ 1.15/87=13 200 pF；

K′=(C11+C2)/C′11≈(13 200+50 000)/13 200=4.79；

即：K′与K相差值=(K′-K)/K=(4.79-4.91)/4.91=-2.44 %。

5.2 原因分析

以上计算结果表明，CVT上节3只电容单元击穿后，CVT上节电容增大，但增量未超过规定的范围，与预防性试验结果相同。

因此，CVT上节有3只电容单元出现击穿，是造成这次故障的根本原因。同时，计算得到的K′与K相差值为-2.44 %，与此次测得变比相差-2.45 %相吻合。

6 解决措施

随着主电容C11的电容单元个数的减少，其他未击穿的电容单元将承受着较高的电压；同时，C11电容量变大，线路电压经过C11，C2分压，使得运行时C2和中间变压器一次绕组承担比正常运行情况下更高的电压。此次故障处置及时，立即采取停运措施，否则将可能发生电容器爆炸，造成严重后果。

对此，提出了以下几点措施。

(1) 应严格按照《电力设备预防性试验规程》的周期、项目、标准开展预防性试验。当电容值与出厂值比较增加量超过+2 %时，应缩短试验周期；必要时进行相关的检查性试验。

(2) 有条件的变电站，应安装CVT在线监测装置，对二次电压进行实时监测；当电压超出要求时，需查明原因，采取缩短试验周期等措施;

(3) 因CVT检修停电困难，故障后的影响面广，解体检查修复的周期相对较长，建议制造厂提高制作工艺，严把质量关。

参考文献：

1 李奕宏，陈建平，苏东青.电力电容器的安装注意事项 [J].电力安全技术，2012，14(12)：58-60.

2 郝登朴，卫 宁，马小丹.一起10 kV干式电压互感器 爆裂事故分析[J].电力安全技术，2011，13(12)：31-34.

3 宋 森.并联电容器装置技术及应用[M].北京：中国电 力出版社，2012.

4 中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 114002—2001电气 设备预防性试验规程[S].北京：中国电力出版社，2011.