文/朱家林

0 引言

电压是电力系统稳定运行的重要参数指标，电容式电压互感器（CVT）是变换线路电压的设备，将电力系统一次侧高电压转换成二次侧低电压，用于电压和功率测量、电能计量、继电保护和自动化控制，在各电压等级都发挥着重要作用，是电力系统不可缺少的电气设备。输电线路CVT是发电厂及变电站监视电力系统运行电压是否正常的重要设备，电压测量二次值接入后台监控系统和继电保护装置，实时监测电力系统电压运行工况，当系统出现异常和故障时，监控系统发出报警或继电保护装置出口跳闸，及时发现系统异常运行工况或及时切除系统故障，防止故障范围扩大化，对电力系统安全稳定运行至关重要。

1 事件概述

2021年5月8日，某电厂在进行500kV升压站及#1主变压器（以下简称“主变”）倒送电期间，500kV线路首次带电冲击线路运行正常，现场测量500kV线路CVT二次电压幅值及相位显示正确。线路冲击带电运行正常后，对500kV母线进行充电，检查一次设备充电运行正常，便对母线电压二次系统进行测量，母线与线路二次电压测量及核相正确，500kV电力网络计算机监控系统 （NCS）线路电压及母线电压均显示正确。线路与母线充电正常后，对#1主变进行首次带电冲击试验，#1主变首次充电运行正常，#1主变高压侧CVT与500kV线路及母线CVT进行二次电压测量核相，检查结果正确。500kV线路及#1主变空载运行约2小时后，运行值班人员反馈500kV NCS监控系统线路继电保护装置有异常报警，通知调试人员处理。经调试人员检查，发现500kV线路B相电压显示异常；排查二次回路接线情况后，发现500kV线路CVT二次电压输出异常，电压采样异常由CVT本体故障引起；进一步根据CVT的介质损耗角正切值tanδ测量试验，检查结果为C2电容损坏导致。更换500kV线路B相CVT后再次进行充电试验，检查500kV线路CVT运行正常，二次电压测量正确，继电保护装置运行正常。

2 继电保护装置动作情况

电气调试人员对500kV线路保护装置进行检查，2021年5月8日19时15分线路继电保护装置报警报文为“3次谐波过量告警”，见图1。500kV线路保护装置显示B相三次谐波电压分量过大，UA=0.104V，UB=5.969V，UC=0.420V，3U0=5.906V。检查发 现500kV NCS监控系统显示线路B相一次电压采样为255kV，电压采样幅值测量异常，A、C相电压一次值显示为304kV，电压采样显示正常。并检查500kV线路故障录波装置，装置二次电压采样为Ua=60.64 7V，Ub=51.640V，Uc=61.064V，三次谐波分量与500kV线路保护装置基本吻合。500kV线路故障录波装置电压波形采样如图2所示。检查500kV线路其他保护装置、测量及计量系统B相二次电压均采样异常，在500kV线路CVT端子相测量二次绕组输出电压与装置采样相符，检查二次回路接线无异常后判定为500kV线路CVT本体内部故障引起二次电压测量出现偏差。

图1 500kV线路保护装置告警报文

图2 500kV线路故障录波装置电压采样波形

3 500kV线路CVT故障分析及处理

#1主变与500kV线路为同源系统，检查500kV NCS #1主变高压侧A、B、C三相一次电压采样显示均为304kV，与系统运行电压测量一致，排除系统一次侧B相运行电压偏低引起二次侧出现测量偏差。在500kV线路CVT就地端子箱测量二次电压UA=60.79V、UB=51.05V、UC=60.80V，装置采样与就地电压实测一致，500kV线路CVT B相二次绕组电压输出异常。起初怀疑为500kV线路CVT二次接线松动或中性点接地不良引起，便对500kV线路CVT就地端子箱和保护屏二次接线进行检查，保护屏二次接线、接地牢固可靠，无异常。令值长向调度申请停电检查，将#1主变及500kV线路转检修。线路转检修后，检查500kV线路CVT本体二次接线端子接线牢靠也无异常后，推测为CVT本体内部故障。

CVT构造原理如图3所示。电容式电压互感器主要由电容分压器和电磁单元组成，并联在线路上，先通过电容分压得到10kV～20kV的电压，然后再经过电磁单元变换成所需的二次电压，一般为100/ V或100/3V，为测量、计量装置和继电保护装置提供二次电压测量信号。为了补偿由于负载效应引起的电容分压器的容抗压降，使二次电压随负载变化减小，在中压回路中串接电抗器，设计时使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到规定的负荷范围和准确级电压信号。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容组成，瓷套内充满着绝缘油，并用钢制波纹管将油压保持在要求范围内。电磁单元由装在密封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻尼装置组成。

近年来电容式电压互感器常见故障主要有以下几种：（1）分压电容故障。电容式电压互感器电容故障主要由于分压电容发生短路击穿、电压互感器内部受潮等原因导致。电容式电压互感器内部的电容是由许多小电容组成，由于系统发生铁磁谐振或厂家设备生产质量问题，其中一部分小电容会发生击穿，若测量发现电容值明显超标，则说明内部电容出现击穿现象。（2）中间变压器故障。中间变压器线圈为带有绝缘层的多股铜线绕制而成，与外壳之间由绝缘油隔离，高压环境下绝缘层容易老化击穿，绝缘油中含杂质容易引起放电，导致绕组与外壳短路接地。互感器二次绕组多采用星型接线，若发生短路接地故障，星型接线的电压互感器中性点电压发生位移，从而造成三相电压发生不平衡，进而引起测量电压误差。（3）阻尼器故障。铁磁谐振过电压导致阻尼器绕组发生击穿。

图3 CVT构造原理

本次事件判断为500kV线路CVT本体故障后，向调度申请线路检修。将500kV线路CVT与架空线连接拆除，首先检查CVT绝缘电阻，测量CVT接地端（N）对外壳（地）绝缘电阻，测量值为2500M Ω，大于1000MΩ，符合要求。一般容易损坏的元件为电容元件，对CVT的介质损耗角正切值tanδ测量试验可直观反映CVT内部电容和绝缘的好坏，便进行CVT介损试验，CVT的介质损耗角正切值tanδ测量数据如表1所示。

表1 故障CVT电容及介损测量数据

由测试数据可以看出，2005436（上节）、2005346（中节）电容测试数据与厂家出厂值相比基本吻合，2005448（下节）电容测试数据与出厂值相比相差较大，并对上节电容和下节电容进行耐压试验，未见闪络及元件击穿现象。整体测试误差数据为16.8%，初步分析为下节C2电容元件击穿导致B相电压采样异常。将故障CVT返厂，经厂家对CVT下节电容进行解体，发现C2电容有两个元件被击穿，与分析吻合。

经厂家更换下节电容元件返厂后，再次对C2下节电容进行交接试验测试，CVT的介质损耗角正切值tanδ测量数据如表2所示。

表2 返厂后CVT电容及介损测试数据

更换后2005448（下节）电容量及介损测量数据误差均合格。将更换后的CVT重新安装，再次对500kV线路和#1主变进行充电试验，检查500kV线路CVT充电运行正常，CVT二次电压测量及保护装置电压采样正确，线路保护装置报警消除，NCS后台电压也显示正常。

4 故障主要原因及防范措施

此次CVT故障主要原因为在合闸冲击过程中C2电容元件材料薄弱处被击穿，为避免材料局部缺陷，将本节芯子全部报废，重投电容器芯子，经各项电气交接试验合格后对新设备重新进行带电冲击试验，检查设备带电运行正常。为避免类似事件发生，新设备投运前须严格执行各项电气交接试验，并确保试验结果合格后投运新设备，并对运行设备加强监视，严密监视电气运行参数，及时发现设备缺陷并处理。