摘? ?要：CVT（電容式電壓互感器）二次電壓異常是變電站運行過程中時常發(fā)生的故障之一，輕則引起保護裝置告警，重則引起主設(shè)備跳閘，本文結(jié)合山西某變電站2018年某時主變過激磁告警異常和大量真實數(shù)據(jù)開展分析，給出了CVT二次回路故障時的主要表現(xiàn)特征和異常的內(nèi)在原因，并進行了計算分析和數(shù)值仿真，還原了事故過程，同時結(jié)合實際運行經(jīng)驗給出參考建議。

關(guān)鍵詞：變電站? CVT? 二次電壓? 異常

中圖分類號：TM63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0016-06

變電站電壓互感器二次線路故障是一類常見的故障，輕則引起保護裝置告警，重則引起主設(shè)備跳閘，文獻[1-2]對電流互感器故障進行分析，文獻[3-4]對電壓互感器故障進行綜合分析，文獻[5]開展基于ATP-EMTP對CVT進行深入分析，并得出了理想的故障特征波形。以上文獻主要是對主體故障缺陷引起問題進行深入分析，但是對二次線路引起的問題的機理分析較為簡略。本文結(jié)合大量真實數(shù)據(jù)，分析了異常的內(nèi)在原因和外部電壓電流特征，并提出了運維建議，具有實際參考意義。

1? 電壓異常過程描述

2018年某時某變電站后臺告警窗報，李國寶（1963-），男，山西忻州人，1984年畢業(yè)于太原工學院發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)，1998級華北電力大學電氣工程專業(yè)在讀工程碩士研究生，高級工程師，從事工程建設(shè)管理，安全監(jiān)察應(yīng)急管理等工作?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)第一套主變保護SGT-756過激磁發(fā)信燈亮，A相電壓53.32V，B相電壓72.42V，C相電壓58.26V;第二套主變保護PCS-978G報警燈亮，A相電壓74.36V，B相電壓29.31V，C相電壓66.36V，零序電壓69.43V，負序電壓4.18V;

1號主變故錄裝置顯示：1號主變高壓側(cè)A相電壓53.53V，B相電壓72.558V，C相電壓58.35V，3倍零序電壓6.851V，正序電壓61.071V，負序電壓1.382V，3倍零序電壓10.66V;

1號主變高壓側(cè)測控顯示：A相電壓53.648V，B相電壓72.33V，C相電壓58.64V;

現(xiàn)場檢查一次設(shè)備1號主變電壓互感器外觀未見異常，未發(fā)現(xiàn)異常聲響和氣味，觀測互感器電磁單元油箱油位A相1/2格，B相1/2格，C相1/2格;紅外測溫三相溫度均為4℃，無差異，環(huán)境溫度2℃。

2? 設(shè)備參數(shù)

某變電站1號主變CVT其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3? 現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

異常發(fā)生后2小時，依令退出1號組變雙套電壓后備保護后，對1號主變電壓互感器端子箱進行檢查，一次刀閘1K、2K，二次空開1XDL、2XDL、3XDL、4XDL均為合位，二次端子線、短聯(lián)片無松動。對1號主變電壓互感器端子箱電壓回路的測量電壓值見表2。

對主變電壓互感器轉(zhuǎn)接柜電壓回路進行測量，數(shù)據(jù)見表3。

對1B-N600進行測量，數(shù)據(jù)見表4。

對1號主變電壓互感器電磁單元油箱進行紅外測溫，結(jié)果如表5。

根據(jù)二次電纜查找排除情況看，在對電壓互感器端子箱至1號主變CVT之間的電纜絕緣測試，如表6所示?，F(xiàn)場逐一斷開PT二次空開檢查發(fā)現(xiàn)電壓仍未恢復(fù)。

4? 異常數(shù)據(jù)分析

4.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

（1）由轉(zhuǎn)接柜的二次電壓測量結(jié)果，如表2所示，與SGT-756、PCS-978G兩套主變保護的電壓測量結(jié)果一致，表明兩套主變保護測量功能正常。同時網(wǎng)上電壓并無異常，表明電壓測量單元及線路存在問題。

（2）在轉(zhuǎn)接柜及端子箱處測量的電壓不一致（表2和表3），表明線纜存在問題或者CVT存在問題。

（3）表6中的絕緣測試數(shù)據(jù)表明，二線繞圈存在短接問題?？赏茰y如圖1所示，2號及3號線圈存在短路情況?？梢姺绞揭缓头绞蕉煞N方式任意組合方式均可滿足表6中的測試數(shù)據(jù)。如果方式一存在，則主變保護一套及主變二套的B相電壓則應(yīng)相同，通過觀察表3，可排除方式一的可能性。若是方式二，則相當于2號線圈及三號線圈的中性線相接，所有電壓應(yīng)變化不大，顯然不能成立。若是方式三，則相當于3號線圈對中性線短路，產(chǎn)生大電流。如是方式四，2號線圈短路，第一套保護測量到地B相電壓應(yīng)降低較大幅度，與表3不符，可排除。從表5的紅外數(shù)據(jù)來看，電磁單元存在明顯發(fā)熱情況，方式三短接的可能性極大。且現(xiàn)場逐一斷開PT二次空開檢查發(fā)現(xiàn)電壓仍未恢復(fù)，空開不動作，表明短接位置應(yīng)位于端子箱之前。

（4）如果是方式三，二次電壓應(yīng)出現(xiàn)以下情況的變化，如圖2所示。由于端子箱前的電纜長度約為70米，轉(zhuǎn)接柜與端子箱的距離約為250米，電纜每芯截面6平方毫米，線路電阻不能忽略。

由上圖可知，B相CVT的三號線圈相當于通過小電阻對地連接，形成較大電流，于是在兩根中性線上產(chǎn)生壓降，即 和 兩根中性線上，由于二號繞組被測量裝置和第一套保護裝置共用，因此 中性線為雙根并聯(lián)，其阻抗理論上只有 阻抗的一半，電流相同情況下， 上的壓降應(yīng)為 上的一半，實測 為13.58V， 上為27.43V，與分析一致。

根據(jù)電壓回路定律，B相CVT二號繞組回路電壓應(yīng)為58.2V+13.58V=71.78V，與實測值72.6V相差不大。原三號線圈回路容量僅為15VA，因此電壓被拉低，第二套保護裝置的電壓應(yīng)為比 上的電壓27.43V大一些，由于線圈內(nèi)阻較小，接線盒到端子箱電纜不長，因此不應(yīng)比27.43V大太多，實測28.38V，與分析一致。

A、C相CVT三號繞組電壓由于中性點電壓向電壓B的方向偏移27.43V，但是對于A、C相CVT三號繞組回路來說，此電壓是反向的。則可由下圖計算：

（1）

則有

（2）

與測量值74.4V相差不大。

同理，有：

（3）

則有

（4）

測量值為67V，相差8.9V，差異較大。推測在電纜芯中存在較大電流，且不對稱，存在電磁耦合，即電壓不對稱現(xiàn)象造成測量偏差8V左右，同時其它電壓也有所偏差。（這一現(xiàn)象在電力電纜中很常見，因此需要定距離換相，保證電壓對稱）。

簡化考慮，在電力仿真軟件中進行模擬，僅考慮電磁的直阻和小電抗，完全不考慮線路電磁耦合影響，如圖4所示。從圖中可見，仿真結(jié)果與分析一致，而C相CVT三號繞組回路電壓相差較大。

綜上，問題已非常明顯?，F(xiàn)場先排查具體故障點位置，需要設(shè)備轉(zhuǎn)檢修，斷CVT端子箱至電磁單元間的二次電纜，分別對引出二次電纜和CVT的電磁單元線圈進行試驗檢查。

同時B相CVT電磁單元存在明顯溫升表明內(nèi)部有大電流通過，應(yīng)開展變比、直阻、絕緣測試、介損測量等現(xiàn)場檢測工作，并與出廠值進行比較（現(xiàn)場溫度較低零下15度左右，注意溫度折算），保證CVT本體安全。

4.2 保護動作情況分析

（1）監(jiān)控及保護設(shè)備信息

根據(jù)監(jiān)控后臺告警信息及現(xiàn)場查看裝置告警報文，確認兩套主變保護均發(fā)出PT異常告警，零序電壓越限，只有第一套主變保護SGT-756過激磁告警動作; 第二套主變保護PCS-978G未發(fā)出過激磁告警。

（2）過激磁及保護原理

過激磁是反應(yīng)大型變壓器因為電壓升高或頻率下降，使變壓器工作在磁密飽和段，導致變壓器勵磁電流增大，引發(fā)變壓器發(fā)熱嚴重而損壞。電壓升高或頻率下降會使變壓器工作磁密增加，導致變壓器勵磁電流增加，特別是鐵心飽和后，勵磁電流急劇增加，會造成變壓器過勵磁，使鐵損增加，鐵芯溫度升高;漏磁增加，會導致繞組導線、構(gòu)件等產(chǎn)生渦流損耗、發(fā)熱，絕緣性能下降等問題。大型變壓器根據(jù)設(shè)計特點，運行在磁飽和附近區(qū)域，因此要求裝設(shè)過激磁保護。

過激磁保護采用電壓的標幺值與頻率的標幺值之比進行計算，設(shè)置1段定時限告警，7段反時限跳閘，級差0.05，動作出口為三相與的關(guān)系（即不考慮單相過激磁），采用正序電壓值計算。過激磁基準電壓為60.62V，依據(jù)主變高壓側(cè)額定運行電壓計算，1號主變高壓側(cè)額定525千伏，PT額定500千伏，折算到二次值為60.62V，即57.735V的1.05倍。考慮到系統(tǒng)頻率變化概率不大，因此過激磁保護一般形式上成為過電壓保護。

（3）保護動作行為分析

查閱兩套保護裝置定值單（見圖5），告警段定值為1.1pu（66.68V），延時60s動作，跳閘第一段定值為1.1pu，延時6000s動作， 據(jù)過激磁保護采用正序電壓值計算的原理，第一套主變保護SGT-756計算值達到告警延時，發(fā)出告警信號，但數(shù)值處于定值邊界，動作時斷時續(xù)，持續(xù)時間小于動作延時，導致保護未出口跳閘;第二套主變保護PCS-978G，計算值未到達告警值，故未動作。因此保護裝置動作情況正常。

5? 現(xiàn)場檢查

2018年某日8：00-1月5日18：00，現(xiàn)場人員對1號主變CVT開展現(xiàn)場檢測工作，檢測結(jié)果見附件1。從數(shù)據(jù)上來看：

（1）從A、B、C相CVT二次接線盒斷開外部引出電纜到端子箱部分進行對地和電纜間絕緣檢查，AC相電纜均大于1GΩ，B相線纜測量值與站內(nèi)人員測試結(jié)果一致。端子箱到轉(zhuǎn)接柜間線纜絕緣1GΩ，檢查未見異常。二次電壓轉(zhuǎn)線柜與測量柜、保護柜線纜測試絕緣大于1GΩ，檢查未見異常。

（2）對A、B、C相CVT進行檢查。電容分壓器電容值及介損因數(shù)一致，并與出廠值一致，未見異常。電磁單元各繞組直流電阻測量，未見異常。變比極性測量三相未發(fā)現(xiàn)異常。

（3）對開挖的ZB-KVVP2-22 10X6電纜檢測發(fā)現(xiàn)短接點，處于B相CVT電磁單元接線盒正下方水平段1米左右位置。由圖中可見電纜有嚴重破損現(xiàn)象，線芯明顯破壞并外露。

6? 結(jié)論

綜合以上分析，可見：

（1）現(xiàn)場檢查結(jié)果與分析一致，電纜存在短接點，位置判斷基本正確，電壓異常現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析一致。

（2）從電纜破損處的表面來看，損傷應(yīng)為投運前形成。由于是鎧裝電纜，其受到較大的破壞力，可能是在拖拉電纜過程或此之前形成此問題。施工驗收時未及時發(fā)現(xiàn)此問題。

（3）由于是舊傷，投運近一年后發(fā)現(xiàn)此問題，說明電纜存在形變情況，導致芯線破損處聯(lián)接。推測為最近天氣寒冷，形成凍土，地層變化，同時存在凝露結(jié)冰現(xiàn)象，導致芯線進一步變形，絕緣電阻明顯變化。

（4）由現(xiàn)場檢測情況來看，CVT本體各項數(shù)據(jù)均與出廠數(shù)據(jù)無明顯異常。由于異常發(fā)生時環(huán)境溫度較低，散熱條件好，CVT本體損傷的可能性較小。

建議：

（1）開展同類電纜的檢查工作，檢測電纜彎曲處曲率半徑是否滿足要求，絕緣電阻是否正常，建議結(jié)合綜合檢修工作，開展同二次電纜的技術(shù)監(jiān)督工作。

（2）強化基建過程中二次電纜的驗收和檢查工作，強化施工前后電纜的外觀檢查、安裝質(zhì)量、絕緣測試等工作。

（3）由于常規(guī)手段已不能發(fā)現(xiàn)此類問題，建議采用新技術(shù)檢查二次電纜的安裝質(zhì)量問題。

參考文獻

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