童 涛， 徐碧川， 袁思凡， 万 华， 李唐兵， 刘玉婷

(国网江西省电力有限公司电力科学研究院, 南昌 330000)

0 引 言

电压互感器是电力系统重要的测量和保护设备[1-5]，主要分为电磁式和电容式，其中电容式电压互感器应用较为广泛，在我国220 kV及以上高电压等级使用率达超过90%[6-10]。

CVT具有耐电强度高，绝缘裕度大，运行可靠，调差精度高等优势[11-16]，同时避免了传统电磁式电压互感器铁磁谐振的问题[17]。CVT由电容单元和电磁单元构成，常见故障有：电磁单元绝缘变压器内部击穿、二次侧失压；电容单元开裂、受潮；电容单元与电磁单元不匹配等[18-22]。

掌握CVT的内部结构，并分析其现场故障成因，对设备诊断、故障预防、标准制度起到重要作用[23-28]。本研究介绍一起CVT二次绕组电压异常事故，该事故中CVT故障现象与故障实际位置有所差异，给排查过程带来一定波折，也为CVT的故障分析和诊断性试验提供一定经验。

1 CVT电压异常及故障排查

1.1 故障概况

某220 kV变电站220 kV母线送电2 min时，该母线C相CVT二次电压异常偏低(后台显示A相60 V，B相60 V，C相40 V)。该间隔CVT型号：TYD220/√3-0.01H，投运时间5年。送电前进行了进行电容量、介损等例行试验，试验结果合格。

1.2 故障位置确定

现场检查发现母线C相CVT所连隔离开关合闸到位，不存在虚接情况，电压互感器端子箱内保护、计量绕组及接地无异常。转检修后，分别使用自激、反接法对该CVT开展电容量、介损试验，与送电前例行试验结果无明显差异，试验结果见表1、表2。

表1 送电前电压异常相(C相)CVT试验数据Table 1 Test data of CVT of abnormal voltage phase (phase C) before power transmission

表2 故障后电压异常相(C相)CVT试验数据Table 2 Test data of abnormal voltage phase (C phase) CVT after failure

对C相CVT开展变比和二次绕组绝缘电阻试验，试验结果合格，试验数据见表3。

表3 母线C相CVT变比、绝缘电阻试验数据Table 3 Transformation ratio and insulation resistance test data of C-phase busbar CVT

对C相电压互感器电磁单元绝缘油进行色谱分析，试验结果合格，数据见表4。

表4 母线C相CVT本体绝缘油色谱分析Table 4 Chromatographic analysis of insulating oil of C-phase busbar CVT

在带上二次线的情况下，对电压互感器C相一次端施加130.9 kV工作电压，发现绕组二次电压值异常偏低。解开da-dn绕组二次线后，绕组二次电压值恢复正常。一次端子施加工作电压后各绕组电压值见表5。

表5 一次端子施加工作电压后各绕组电压值Table 5 The voltage value of each winding after the working voltage is applied to the primary terminal

对C相da-dn绕组至汇控柜引出电缆进一步检查，步骤如下：

1)三相电压互感器的da-dn绕组首尾相连，见图1，在汇控柜内解开A相da以及C相dn，对da-dn绕组串联回路进行绝缘电阻测试，发现绝缘阻值为0.1 Ω，即回路存在接地。

图1 二次侧开口三角绕组接线图

2)解开电压互感器A、B、C三相da-dn绕组连线，分别测量三相da-dn绕组对地绝缘电阻，发现B相da-dn绕组对地绝缘为0，A、C相正常。

3)解开电压互感器B相二次接线板上的二次接线，测量da-dn绕组对地绝缘电阻，发现绝缘电阻为0，说明B相da-dn绕组内部对地导通。

同一个繁体字，在不同的简化字排印版古籍中，形体不固定，或繁或简,甚至在同一书中繁简二体往往互见。在《三国演义》中，这种现象时有出现，举要胪列如下：

4)对B相电压互感器的其余3个二次绕组进行绝缘电阻测试，阻值均在1.6 GΩ以上，其余二次绕组回路无异常。

初步判断故障位置位于B相CVT二次绕组，da-dn绕组对地击穿。对A、B两相电磁单元取油样进行色谱检测，发现B相电压互感器油中乙炔4.81 μL·L-1，三比值法编码为101，结果为内部有电弧放电，数据见表6。

表6 母线B相CVT油色谱检测结果Table 6 Busbar phase B CVT oil chromatographic test results

2 检查情况

2.1 CVT解体检查

根据试验和排查情况，现场对B相电压互感器进行解体检查。拆下分压电容器底部法兰螺栓，将分压电容器吊起，检查分压电容器底部抽头及瓷套表面未见明显异常，见图2。

图2 故障CVT电容单元Fig.2 Capacitor unit of faulty CVT

打开电压互感器电磁单元箱盖，排出绝缘油后，检查电磁单元内部接线排、中间变压器、补偿电抗器、避雷器等设备，未见明显异常，见图3。

图3 故障CVT电磁单元内部结构Fig.3 The internal structure of the electromagnetic unit of the faulty CVT

解开电压互感器二次接线板各二次绕组接线端子的二次接线，测量da、dn端子对地绝缘，绝缘电阻为0；进一步解开X端子(中间变压器一次绕组末端)的接地线，再次测量da、dn端子对地绝缘，绝缘电阻为60 GΩ；测量da、dn端子对X端子绝缘，发现绝缘电阻为0。判断da-dn二次绕组与中间变压器一次绕组发生绝缘击穿，CVT结构和故障原理图见图4。

图4 CVT结构原理和故障位置图Fig.4 CVT structure principle and fault location diagram

为了进一步确定故障点，解开电磁单元内部端子排da、dn及X端子上的二次引线，再次测量二次接线板da、dn端子与X端子之间的绝缘电阻，测量结果合格。测量内部接线排da、dn端子与X端子之间的绝缘，绝缘电阻为零，故可确认二次接线板及其引线绝缘良好，判断放电点位于绕组内部。

2.2 电磁单元解体检查

为进一步确定故障原因，对故障的B相CVT电磁单元进行返厂解体分析。CVT电磁单元主要由中间变压器、二次端子排、接地屏蔽等结构组成，见图5。da-dn绕组与金属屏蔽层贴近，金属屏蔽层将da-dn绕组与一次绕组隔开，高压绕组末端X端子与金属屏蔽层相连。结合电压互感器正常运行时内部“da-dn绕组——绝缘——金属屏蔽层——X端子——接地”的结构和现场绝缘电阻测试情况，初步判断da-dn绕组与金属屏蔽层之间绝缘受到破坏。

图5 电磁单元内部结构Fig.5 The internal structure of the electromagnetic unit

将中间变压器的一、二次绕组取出，剥开金属屏蔽层与一次绕组间用于绝缘的电缆纸，露出金属屏蔽层，绕组及金属屏蔽层见图6。

图6 中间变内部结构Fig.6 The internal structure of the intermediate transformer

图7 放电位置Fig.7 Discharge position

在设计图纸中辅助绕组与金属屏蔽层之间应包扎绝缘用电缆纸，现场解体检查未发现绝缘纸，与设计图纸不符。

3 原因分析

3.1 C相CVT电压异常原因

该母线CVT二次侧da-dn绕组为开口三角连接，B相电压互感器的da-dn绕组通过金属屏蔽层与一次绕组末端接地，见图8。由于C相da端子与B相dn端子连接，同时C相dn端子接地运行，造成C相da-dn二次绕组短路，导致开口三角电压异常，同时引起C相其余二次绕组电压降低。

图8 故障示意图Fig.8 Failure diagram

B相开口三角绕组尾端接地，对于A、B相的影响相当于开口绕组尾端两点接地，并不会形成回路，因此不会造成PT过载，不会影响PT变比，A、B相电压正常。

现场试验不规范，在测量电压互感器二次绕组对地绝缘时，解开了X端子与地的连接片，导致常规试验未及时发现二次绕组对屏蔽筒的绝缘薄弱问题。

3.2 B相CVT故障原因

中间变压器线圈在生产过程中，未按照设计图纸要求在da-dn绕组和低压静电屏之间卷绕电缆纸绝缘层是B相电压互感器da-dn绕组通过金属屏蔽层与一次绕组末端接地的主要原因。

漆包线在运输或生产过程中绝缘层磨损，耐压能力降低，在停电例行试验测量da-dn绕组对X绝缘时，测量仪器输出的高压使da-dn绕组和静电屏间绝缘受到损伤，在投运后绝缘损伤扩大，da-dn绕组和静电屏间发生击穿。

4 结 论

根据上述分析情况，本次CVT故障主要由于电磁单元制造缺陷造成的。由于电磁单元内中间变压器金属屏蔽层与二次侧da-dn辅助绕组间未加装绝缘电缆纸，造成二次电缆通过金属屏蔽层对地放电。由于停电前的例行试验操作不规范，未通过绝缘电阻试验及时发现该绝缘薄弱问题[29-30]。同时此次CVT故障现象与故障实际位置有所差异，对故障的查找带来一定的困难。

为保障CVT安全稳定运行，提出以下建议：

1)梳理同型号电压互感器的运行情况，对同批次产品安排停电测量一、二次绕组间及对地的绝缘情况，及时发现绝缘薄弱问题设备。根据相关标准[31-33]，在停电检修期，使用2 500 V兆欧表对同型号期间电容式电压互感器中间变压器的二次绕组间及其对地进行耐压试验。同时在耐压前后使用1 000 V兆欧表测量二次绕组间及其对地绝缘电阻，根据绝缘电阻的变化情况，判断是否存在绝缘缺陷。

2)规范电压互感器二次绕组绝缘电阻测试试验，测量过程中对测量端子加压，所有非测量端子须全部接地[34-36]。

3)严格设备选型招标，加大新设备投运的验收力度，对于关键质量工艺安排人员进行全过程技术监督[37]。