任在成
【摘 要】本文介绍了一起CVT运行中的危急缺陷，结合二次电压升高、红外测温、介损测试、带电测试及解体检查结果分析了缺陷发展过程及原因，并给出了针对性的防范措施。
【关键词】互感器；缺陷；防范措施
0 引言
电容式电压互感器（CVT）是高压电网的重要设备，主要用于供电计量、保护、指示和同期、耦合电容器供电力载波通信线路、高频保护和远动通道等。由于CVT具有优良的瞬变响应等优点，目前广泛应用于110kV及以上电压等级的电网系统。受设计、制造、工艺水平和原材料等诸多因素影响，电容式互感器投运后故障时有发生，严重影响了电网运行安全。
本文介绍一起220kV电容式电压互感器运行中的故障情况，通过试验分析、解体检查，找出了故障原因，并提出了针对性的防范措施。
1 故障概况
2013年1月，某站监控机报电压越限，值班员检查发现220kVI母线的Uab和Uca母线电压比Ubc电压高4kV为232.5kV，Ubc电压为229kV。用万用表测量220kV1A母线CVT二次小空开上口电压均为：Uab：106V，Ubc：103V，Uca：106V。查看当日CVT曲线图发现：A相母线电压（图中红色部分）从3点43分开始逐渐上升，到4点51分A相电压基本达到最大值，此时A相电压138.36kV、B相132.36kV、C相132.35kV。
现场对#1A母线电压互感器进行测温发现A相下节电容分压器上部热点温度为9.9℃，而同间隔B、C相同部位约为-9.4℃，温差已经达到19K， 判断为A相CVT电容分压器上部内部缺陷，依据电力行业标准《带电设备红外诊断应用规范》[1]规定，该缺陷已属于危急缺陷，需立即停电进行处理。
缺陷互感器型号为TYD220/√3-0.01H，1996年03月出厂，投运日期：1997年1月16日，该互感器由2节瓷套外壳的电容分压器和下部油箱中的电磁单元两部分组成，其中C11为单独一节耦合电容器，C12与分压电容和C2共同安装于下节瓷套内，C12与分压电容和C2，中间没有无引出线，其中上节C11由75单个电容串联，下节C12由52单个电容串联，C2由23单个电容串联组成。CVT连接图如图1。
2 缺陷分析
2.1 电压理论分析
通过红外图谱监测，可初步判断故障部位位于下节电容分压器上部，即图1中C12部分。由一次电压变化可知，A相正常一次电压为132.35kV，A相测量值138.36kV，二次电压u2增大，说明C21中存在部分元件击穿。由电容式电压互感器电压误差公式[2]可知：
U=U'*（1）
其中U1为电磁单元一次电压，U外部运行电压，C1为CVT高压电容，由C11及C12串联而成，由公式1可计算出变化后的电磁单元一次電压U1，C2为CVT的低压电容。其中：
C=（2）
其中C11、C12为高压电容上下两节，利用公式（2）可得出C1电容量出厂值为11.95nF。
由公式1可推导出，故障后的电磁单元一次电压可公式（3）和公式（4）得出，其中缺陷后的高压电容定位为C，C2未发生变化。则由此可知：
U=U'*（3）
U=U*（4）
利用公式（3）和公式（4）可计算出缺陷C电容量为12.59nF，由电容串联公式（2）可计算出缺陷电容C12的电容量为33.04nF，咨询厂家可知C12由52个单电容串联组成，由额定电容可计算出单个电容的电容量约为52*28.97=1506nF，进而推算出当前仍然有1506/33.04=45.6个单电容单元正常，即有6-7个电容单元已经被击穿。
2.2 试验结果分析
对该组CVT进行测试，B、C两相常规试验及A相绝缘试验未见异常，A相上节介损及电容量测试结果未见异常。采用单臂电桥测量二次线圈直阻，a1d1为0.014mΩ，a2d2为0.025mΩ，andn为0.098mΩ，数值正常。
采用自激法测量C21、C22的介损及电容量时测试无法完成，观察仪器测试过程，发现是仪器无法得到高压侧电压及电流，由此无法得到最终测试结果。所使用的介质损耗测试仪为山东泛华厂家产品，其自激法测量原理如图2。
分析原因可知，测试过程中，仪器CN与C2串联连接，用来测量流过C2的电流及相位，测试过程中发现C2的电流测量不到，将电桥的两根测量线互换位置，此时CN测量线接入C12的首端，可测量出CN的电容量，测量结果如表3。分析之前测不出来的原因可知：C2尾端与引出端子间发生了断线。
2.3 综合分析
结合电压理论分析及电容量测试结果综合分析，初步判断CVT缺陷如下：一是C12电容单元有6-7个电容元件存在击穿，二是C2尾端与引出端子间发生了断线。此互感器已经不能在继续运行，为此更换处理。
3 解体检查
为进一步分析缺陷原因，对该互感器及进行了解体检查，检查发现：
1）CVT电磁单元的油箱内已经完全充满油，C2电容单元末端引出线套管破裂，碎片散落在中间变压器的铁芯上，引线在套管接头处断裂，引线断裂处出一个烧融的小圆尖头，现场取样与分析结果一致。
2）对电容单元进行解体，打开下节电容单元上部的密封盖，电容单元内油位只有约原来的1/2，电容元件上部已经没有绝缘油浸泡，上部1/2的电容单元表面出现了大量X蜡，这上部6个电容元件有击穿放电痕迹，与红外图谱位置相对应。用摇表测量C12的51个电容元件的绝缘，C12上部从顶端往下连续6个电容单元击穿，C21从底端往上数第19个电容单元发生击穿，C12部分共有7个元件击穿，与分析结果一致。
3）取下炸开的小瓷瓶，发线小瓷瓶内部有严重的放电痕迹，接线柱及小瓷瓶内、外表面积累了大量的炭黑，小瓷瓶的紧固法兰胶圈有一处烧损痕迹，碎裂的小瓷瓶及接线柱有大量炭黑。endprint
4 原因分析
根据故障现象及解体情况综合分析，认为此次缺陷起始及发展过程如下：
A相CVT故障的故障起始位置在CVT的C2电容末端的接地引出线，接地进出线断裂造成C2电容末端悬浮，在高电压作用下C2末端对地放电造成低压端小瓷瓶碎裂，同时将底部橡胶垫烧蝕。放电生成的炭黑在小瓷瓶接线柱和底盘法兰之间形成新的接地通道，此时CVT电气恢复正常，一次电压及红外等信息，故CVT的监测电压未发生变化。
放电引起的小瓷瓶碎裂及橡胶垫烧蚀，造成电容单元密封破坏，在重力作用下，绝缘油泄漏到电磁单元，从C12上部电容单元的X蜡来看，该渗漏过程时间比较长，上部电容元件逐渐失去绝缘油后，绝缘裕度降低，电容单元逐渐过热进而产生X蜡，随着缺陷进一步发展，C12的上部电容单元被一一击穿，造成二次电压升高。由图1可知，而该击穿过程是一个非常短暂快速过程，从3点40分左右开始，至4点50分左右电压稳定。此后至最终停电之前电压未发生变化，说明内部电容单元此时已完成击穿过程。
为验证推断是否正确，恰好该互感器末屏安装了带电检测装置，查阅其互感器带电检测报告，发现在2012年5月对该互感器进行了一次带电检测，测试结果中发现C2侧已经没有电流，但测试人员未引起注意，误认为是测试仪器本身出现了故障，由此也可证明在当时电容C2尾端已经断线。
结合故障情况分析缺陷产生原因为电容式电压互感器电容单元C2末屏悬浮引起，接地悬浮原因C2末端引出线的接头部位的引线部分断裂，剩余导线截面短路容量不足，在运行过程中，长时间受到振动、热等作用，剩余导线发生了融化，短路截面越来越短，最终发生断裂。
5 总结
1）电容式电压互感器的缺陷与厂家设计、选材、生产工艺等密切相关，生产过程中任何一点质量缺陷都可能造成电容式电压互感器长时间运行后出现故障。此厂家应加强设备的质量管理，严格控制，不过每一点可能造成缺陷的质量缺陷，确保产品在运行中不发生缺陷。
2）CVT设备的一次电压值监测能快速发现CVT内部的隐藏缺陷，为此应做好CVT设备一次电压数据的长期记录，定期对互感器的电压变化进行分析，对于把握互感器运行状态具有非常重要的帮助。
3）此案例说明：CVT的电容量、介损带电检测对发现电磁、电容单元内的缺陷有一定的帮助，但由于开展较少，且尚未建立相应的数据分析方法，测试人员容易忽视发生变化的数据，造成现场测试过程中对缺陷容易误判，为此应认真分析异常的测试数据，防止误判。
【参考文献】
[1]DL/T 664-2008.带电设备红外诊断应用规范[S].中华人民共和国国家发展和改革委员会。
[2]凌子恕.高压互感器技术手册[S].中国电力出版社，2005：97·99.endprint
