ABSTRACT

Capacitor voltage transformer (CVT) is widely used in power system in recent years. Two CVT secondary voltage fault cases have been analyzed in this paper and the results show that common field test method cannot accurately cover these failure causes. To solve this problem, a new accurate method of fault diagnosis on CVT has been given. Furthermore, design and manufacture requirement of CVT has been proposed.

Keywords:Capacitor Voltage Transformer, Secondary Voltage Fault, Fault Analysis, New Test Method, Improvement

电容式电压互感器故障诊断新思路

陈  凯，巩  晶，毛永铭，张思宾，苏许玮

国家电网宁波检修分公司检修室，宁波

Email: 123gongjing@163.com

收稿日期：2014年10月29日；修回日期：2014年12月2日；录用日期：2014年12月10日

摘  要

电容式电压互感器(CVT)近年来在电力系统中得到大量应用，对两个电压互感器二次电压异常故障实例分析发现，按常规现场试验方法无法对故障设备的故障原因进行准确判断。针对这一问题，本文提出了一种高压电容式压变变比故障的准确测试法，可在现场预试时对电磁单元的特性和绝缘状态准确分析，并提出了电容式电压互感器的设计制造要求。

关键词

电容式电压互感器，二次电压异常，故障分析，新试验方法，改进方案

1. 引言

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer, CVT)是一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器，其设计和内部接线使电磁单元的二次电压实质上与施加到电容分压器上的一次电压成正比，且在连接方法正确时其相位差接近于零。和常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，在经济性和安全性上也有很多优越之处[1] [2] 。因此，电容式电压互感器近几年在电力系统中得到大量应用，不仅在变电站线路出口上使用，而且常常用于在母线和变压器出口上代替电磁式电压互感器。

电容式电压互感器投运后一旦发生故障，就会影响整个电网的安全运行。CVT的内部机构包括电容分压器和中间变压器，补偿电抗器及过电压限幅器(避雷器)等设备[3] 。这些设备组装在一起构成整体式结构，在现场无法轻易分解，这就使现场绝缘试验很难进行。特别是在设备故障状态下，由于受停电范围的限制，各种电磁干扰严重，通过常规电气试验方法准确判断故障部位就更加困难[4] 。本文通过对110 kV电容式电压互感器在运行中二次失压后，在现场对故障进行分析判断，提出了一种新的更为有效的电容式电压互感器的故障定位方法。

2. 电容式电压互感器原理

电容式电压互感器总体上可分为电容分压器和电磁单元两大部分。电容分压器由高压电容C1及中压电容C组成，电磁单元则由中间变压器、补偿电抗器及限压装置、阻尼器等组成。电容分压器C₁和C₂都装在瓷套内，从外形上看是一个单节或多节带瓷套的耦合电容器[5] [6] 。如图1所示。

图中，L——补偿电抗，可补偿电容分压器的内阻抗。TV——中间变压器，将测量仪表经中间变压器TV后与分压器连接，减小分压器的输出电流以减少误差。R_d——阻尼电阻，在TV付边单独设置一只线圈，接入阻尼电阻R_d，用以抑制铁磁谐振过电压。C_K——补偿电容器，用来补偿电磁式电压互感器TV的磁化电流和付边负荷电流的无功分量，亦能减小测量装置的误差。P₁——放电间隙，用以保护TV的原绕组和补偿电抗器L，防止因受二次侧短路所产生的过电压而造成的损坏。

图1. 电容式电压互感器原理简图

3. 故障过程及传统试验数据分析

3.1. 案例一

2012年9月，宁波北仑220 kV变电站110 kV线路A相电容式电压互感器在电网正常运行条件下故障报警，压变二次线圈DaDn运行情况下电压为200 V(正常应为)。该电容式电压互感器型号为，西安电力电容器厂制造。为检测故障，对该设备进行的试验过程及试验数据如下：

1) 解剖前试验

a. 电容分压器试验

试验时从辅助绕组DaDn加压，反复试验数次，结果均为介损测试仪无法升压。

b. 中间压变试验

中间压变试验测试结果如表1所示。

2) 解剖后试验

先对压变进行放油，然后将电容套管拆卸下来，露出一次绕组。对设备进行变比试验，试验结果如表2所示。

基于目前的检测手段，无法测得辅助线圈的变比数据。初步判断该压变辅助绕组xf，af存在缺陷，需对该设备进行进一步的故障分析。

3.2. 案例二

2013年9月宁波镇海220 kV变电站，110 kV线路A相电容式电压互感器在电网正常运行条件下，故障报警，线路压变二次线圈DaDn运行情况下电压为60 V(正常情况为)。该电容式电压互感器型号为，锦州电力电容器厂制造。现场对该设备进行试验，试验数据如下：

1) 解剖前试验

a. 电容分压器试验

试验时从辅助绕组DaDn加压，对C₁和C₂进行电容量和介损进行测试。试验结果如表3所示。

b. 中间压变试验

中间压变试验测试结果如表4所示。

注：测量时将阻尼电阻断开。

2) 解剖后试验

按照与案例一相同的方法对电容式电压互感器进行拆解，并进行变比试验，试验结果如表5所示。

以上几项试验数据全部正常，无法判断出故障原因，初步判断该压变在高电压下引起二次绕组变比变化，但需进一步确诊。

近年来类似的故障偶有发生，但由于现场条件和试验方法的制约，用传统的测试方法很难对故障设备的故障原因进行准确判断。下面介绍一种新的试验方法。

4. 高压电容式压变变比故障准确测试法

4.1. 测试原理

如图2，在电容式电压互感器上C₁上加压，并测量二次线圈al xl及af xf两端电压，就可以精确判断电容器是否正常。

图2. 测试原理简图

假设电容式电压互感器中最末一个电容器的电容为C₂，其他电容器的等效电容为C₁，则当C₁上的外加铭牌的额定一次电压U₁时，若二次线圈al xl及af xf上应分别得到100/V的电压，说明在电容式电压互感器的电容单元正常，反之则认为其电容单元异常。

同样，在C₁上外加额定一次电压，也可以判断电容单元是否正常。

另外，在电容式电压互感器上端H点接地状态下，从二次线圈al xl反向加压，在C₁、C₂瓷套端直接测量一次电压(可用测量变压器T，电容式分压器或周围停电的其它相电容式电压互感器)，若测得的数据与标准铭牌变比计算的数值一样，则证明电容器的电容单元和电磁单元都正常。

我们选用在C₁上外加额定一次电压的方法对案例一和案例二中的两台电容式电压互感器进行了变比准确测量，试验结果表6和表7所示。

通过表6我们可以判断电容器的电磁单元异常。

通过表7我们判断结果为电容器的电容单元和电磁单元都正常。

4.2. 对电容式电压互感器的设计制造要求

1) 调压设备以及与它配套的升压变压器(或谐振装置)，可通过匹配的电源、励磁变、固定电抗器、补偿电容来组成一次高电压输出，根据不同的电压要求，进行配置。升压器的输出电压应能达到被检电压互感器的120%额定一次电压，使电压互感器能够正常地进行工作，额定电压、额定容量选择是关键。

2) 二次负荷则由相应的电压负荷箱模拟，可选取负荷箱分为阻抗元件式和互感器式两种结构型式，关键是额定负荷和功率因数的选取。

3) 精确计算电容单元在额定电压下的经过变比分压以后所承受的实际电压值和用高精度的电压表测试二次电压的变化。

5. 结论

受现场试验项目和试验条件限制，目前国内外对运行中或现场试验条件下的电容式电压互感器故障判断仅能够通过外观检查和诸如极间绝缘、末屏绝缘、中间变一次绕组绝缘、电容器电容量、介损等常规试验方法试验，对电磁单元变压器一次引线断线或接地，分压电容器C₂短路，和中电磁单元变压器并联的氧化锌避雷器击穿导通及油箱电磁单元烧坏、进水受潮等简单外部故障进行初步判断。在预防性试验和故障分析时，无法直接对电磁单元的特性和绝缘状态进行分析检测。

随着电容式电压互感器的大规模运用，出现故障的情况越来越多，其中二次电压输出异常故障尤为

表6. 案例一中电容式电压互感器变比试验测试结果

表7. 案例二中电容式电压互感器变比试验测试结果

常见。在预防性试验和故障分析时，无法直接对电磁单元的特性和绝缘状态进行分析检测，在对产品有怀疑时，可参照上述高压电容式压变变比故障准确测试法进行进一步确诊。

参考文献 (References)