李 寧，高 飛，吳明鋒

（1.大唐太原第二熱電廠，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司計量中心，山西 太原 030032；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

電容式電壓互感器現(xiàn)場應(yīng)用情況及故障分析

李 寧1，高 飛2，吳明鋒3

（1.大唐太原第二熱電廠，山西 太原 030032；2.國網(wǎng)山西省電力公司計量中心，山西 太原 030032；3.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

以國內(nèi)首條1 000 kV晉東南—南陽—荊門特高壓交流輸電線路中山西省內(nèi)的多起電容分壓式電壓互感器設(shè)備故障為背景，整理各典型案例，分析其故障表現(xiàn)形式，并利用建立的電容分壓式電壓互感器的模型,結(jié)合電容分壓式電壓互感器的多種實際現(xiàn)場故障情況，并應(yīng)用matlab_simulink進行仿真，分析研究出某些失常情況時可能出現(xiàn)的問題，對現(xiàn)場操作人員在處理故障時有一定的反饋指導(dǎo)作用。

電容分壓式電壓互感器；誤差特性；matlab_simulink仿真

0 引言

電壓互感器是電力系統(tǒng)中必不可少的用于保護和計量的單元之一。隨著特高壓，超高壓輸電系統(tǒng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的電磁互感式電壓互感器在絕緣、體積、質(zhì)量、價格、磁飽和等上的不足日益突出。新一代光學(xué)電壓互感器易受環(huán)境溫度的影響，工藝尚不成熟[1]。在高壓電力量測系統(tǒng)中由于電容分壓式電壓互感器因其結(jié)構(gòu)簡單，性能良好，目前其作為高壓輸變電電力系統(tǒng)一次側(cè)電壓輸入傳感設(shè)備已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用，而現(xiàn)場運行工況復(fù)雜，電容分壓式電壓互感器工作狀態(tài)也受工況的好壞發(fā)生變化，其特性不僅直接影響繼電保護能否正確動作，同時也對變電站的計量工作有一定的影響。

1 電容分壓式電壓互感器工作原理

電容分壓式電壓互感器主要有載波電容C，高壓電容C1，中壓電容C2，補償電抗L，阻尼器D，中間變壓器T，保護器件P等組成。

2 電容分壓式電壓互感器現(xiàn)場故障案例分析

根據(jù)電容分壓式電壓互感器的工作原理及應(yīng)用實踐，其故障主要集中在電容器及中間變壓器支路上，導(dǎo)致其發(fā)生故障的原因可大致歸納為電容分壓式電壓互感器本身的質(zhì)量故障、各種原因引起的過電壓、接地不良、密封不嚴(yán)等[3]。本文以電容擊穿及中間變壓器故障為典型進行介紹。

2.1 電容擊穿案例

2017年2月某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)神雁線三相電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比明顯偏大，檢修試驗人員接到通知后立即趕往現(xiàn)場進行缺陷排查。工作人員測量后發(fā)現(xiàn)主電容和分電容的實測電容量與設(shè)備銘牌給的初始值比較，明顯偏高。

當(dāng)電容C1或C2被擊穿后二次側(cè)測量電壓、保護電壓、計量電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比較就會出現(xiàn)兩種表現(xiàn)形式，一種如表1所示，三相同時變化；一種如表2所示，一相或兩相發(fā)生變化。

表1 神雁I線、II線500 kV母線相電壓比較

表2 母線電壓測試數(shù)

根據(jù)對雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器進行解體分析，按每個單元電容量相同計算，高壓電容C1當(dāng)擊穿1個電容單元，電容量增大0.228%，二次電壓升高0.217%[4]。下面在matlab_simulink中驗證上述結(jié)論。假設(shè)高壓電容C1有部分被擊穿，根據(jù)實際參數(shù)仿真得實驗圖如圖1所示。

圖1 C1部分被擊穿和正常情況下二次側(cè)電壓仿真圖

虛線代表C1有部分被擊穿后二次側(cè)電壓波形圖，實線表示正常情況下二次側(cè)電壓波形圖。從仿真也可以看出，當(dāng)C1被擊穿時二次側(cè)電壓與正常歷史數(shù)據(jù)比較會明顯增加，根據(jù)電壓升高的值可以計算出擊穿電容單元的數(shù)量，這對工作人員排查電容分壓式電壓互感器故障有一定的指導(dǎo)作用。

2.2 中間變壓器電磁路故障

2016年9月，某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)500 kV母線L2相電容分壓式電壓互感器二次側(cè)電壓失壓。工作人員到達現(xiàn)場后首先檢查L2相電容分壓式電壓互感器得外觀無異常，然后進行介質(zhì)損耗和電容值測量實驗，在應(yīng)用進行自激法測量分壓電容器介質(zhì)損耗和電容值時發(fā)現(xiàn)，在升壓過程中，二次繞組電流很快達到保護的整定值15 A，此時電壓僅為0.3 kV，這與常規(guī)情況不符合。但在對L1相進行同樣的實驗時電壓升到0.3 kV時電流為4 A，與往常實驗相同。初步斷定L2相中間變壓器存在問題。

為了進一步確定問題，對L2相中間變壓器進行絕緣電阻測量實驗。發(fā)現(xiàn)L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)對地的絕緣電阻為10 MΩ，遠小于相同實驗條件下L1相一次側(cè)對地的絕緣電阻450 MΩ。由此斷定L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)與地之間的絕緣已被擊穿[5]。在仿真中表現(xiàn)為Lt、Rt的值遠遠減小，仿真實驗圖如圖2所示。

圖2 電容分壓式電壓互感器中間變壓器絕緣正常和被擊穿二次側(cè)電壓仿真圖

3 結(jié)束語

鑒于近幾年電容分壓式電壓互感器故障的多發(fā)性以及造成的不良影響，針對電容分壓式電壓互感器的故障運行值班人員可以從以下幾個方面加強。

a)加強二次電壓監(jiān)控。當(dāng)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較異常時，加強監(jiān)控，對二次電壓進行橫向和縱向比較，并及時安排停電試驗。根據(jù)雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器解體，按每個單元電容量相同計算，高壓電容C1當(dāng)擊穿1個電容單元，電容量增大0.228%，二次電壓升高0.217%。

b)加強電容分壓式電壓互感器的紅外診斷工作。電容單元和電磁單元故障都會引起異常溫升，通過紅外診斷可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。

c)規(guī)范現(xiàn)場試驗，提高試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。嚴(yán)格按照《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》開展巡檢和試驗項目；排除接線方式、電磁場、外絕緣表面狀態(tài)等干擾；為了提高試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，歷次試驗盡量采用同樣試驗方法、接線方式和測試儀器。

[1] 李一泉.電容式電壓互感器（CVT）對超（特） 高壓輸電線路保護影響的研究 [D].杭州：浙江大學(xué)，2006:10.

[2] 穆淑云.電容式電壓互感器暫態(tài)性能的仿真計算 [J].電力電容器，2001（1）：8-13.

[3] 謝超，胡蘊斌，葉建濤，等.多種檢測和實驗方法對電流互感器故障的綜合分析判斷 [J].變壓器，2013（8）：75-76.

[4] 胡浩亮，李前，盧樹峰，等.電子式互感器誤差的兩種校驗方法比對 [J].高電壓技術(shù)，2011（12）：3022-3027.

[5] 劉建，張志華，張小慶，等.配電網(wǎng)模式化故障處理方法研究 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（11）：97-101.

Application and Fault Analysis of Capacitive Voltage Transformer

LI Ning1,GAO Fei2,WU Mingfeng3
（1.Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Metering Center,Taiyuan,Shanxi030032,China;3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Faults occurred many times on capacitor voltage-dividing voltage transformers on Jingdongnan-Nanyang-Jinmen UHV AC transmission lines of Shanxi section.Through analyzing the faults characteristics and combined with actual fault cases on site,simulations are carried out.As a result,some problems when anomalyhappens are studied and summed up,which could provide references for those personnel on site.

capacitor voltage-dividingvoltage transformer；error characteristics；Matlab-simulink simulation

TM451+.2

B

1671-0320（2017）06-0022-03

2017-05-31，

2017-10-13

李 寧（1985），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于中北大學(xué)通訊工程專業(yè)，助理工程師，從事熱工及計量專業(yè)工作；高 飛（1982），男，山西文水人，2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動化專業(yè)，碩士，高級工程師，從事電測計量專業(yè)工作；

吳明鋒（1985），女，浙江湖州人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)英語專業(yè)，碩士，工程師，從事電力科技查新工作。