1、39第 4 期（总第 241期）2023 年 8 月山 西 电 力No.4（Ser.241）Aug.2023SHANXI ELECTRIC POWER电容式电压互感器二次电压异常分析及处置郭 一（国核电力规划设计研究院有限公司，北京 100095）摘要：分析了一起新能源场站升压站电容式电压互感器容值超标造成的二次电压异常事件，从试验数据分析和计算，验证了异常事故发生的真实原因，指出了事件发生及事件处置过程存在的主要问题，提出了做好电容式电压互感器状态监测的具体措施。关键词：电容式电压互感器；电容值超标；二次电压异常中图分类号：TM451+.2 文献标志码：A 文章编号：1671-0320（20
2、23）04-0039-040引言 电容式电压互感器是新能源场站110kV及以上配电系统常用的互感器类型，它将一次系统的高电压转换为二次系统的低电压，直接用于电压和功率测量、关口表计量装置、静止无功补偿装置等无功调节装置、升压站继电保护装置、本地及调度机构测量系统等。电容式电压互感器一旦发生异常，直接影响无功调节设备、保护装置、计量表计和电能质量监测设备的正常工作，甚至造成巨大的经济损失，给企业的安全生产、经济运行和电网的安全稳定带来巨大的隐患。本文对一起220kV电容式电压互感器异常问题进行深入分析，结合升压站配电系统安全生产实际，提出电容式电压互感器状态监测的策略建议。1 电压异常的分析和处
3、置1.1 电压异常情况某新能源场站220kV升压站母线安装的TYD220/-0.01H型电容式电压互感器工作原理如图1所示。其中，载波耦合电容C额定容值为收稿日期：2023-04-09，修回日期：2023-05-13作者简介：郭 一（1990），男，山西长治人，2016年毕业于澳 大利亚莫纳什大学工商管理专业，助理工程师，从事 新能源投资发展工作。10nF，高压电容C1额定容值为11.89nF，中压电容C2额定容值为63.5nF。2018-08-10，检测到220kVA母三相二次电压不平衡，与B母同名相二次电压存在显著差距，且最大相和最小相差别近1.7V，造成双细则电压合格率考核的同时，也给电
4、能质量监测设备、关口计量、继电保护装置等正常运行产生影响。A、B母二次电压测量如表1所示。图1 电容式电压互感器电气原理图?山 西 电 力2023 年第 4 期40表1 电压互感器二次电压（熔断器前）母线A相/VB相/VC相/VA母二次电压60.859.159.8B母二次电压60.059.059.41.2 电压异常情况分析1.2.1 分压电容值实测按照防止电力生产事故的二十五项重点要求，当电压互感器二次电压异常时，应迅速查明原因并及时处理1。根据DL/T5961996 电力设备预防性试验规程DL/T3932010 输变电设备状态检修试验规程，电容分压器电容值与出厂值相差不得超过22（警示值，即
5、状态量达到该数值时设备已存在缺陷并有可能发展为故障）；根据电容式电压互感器使用说明书，电容分压器的载波耦合电容C、高压电容C1和中压电容C2的电容偏差应不超过其额定值的-5+10，而C1及C2两者偏差之差不超过5，同时介损值不应大于0.0015。为此，对220kV升压站A母线电容式电压互感器最近一次电容值实测数据进行了检查，检查结果如表2所示。表2 A母电容式电压互感器电容值试验数据相别电容单元额定值/nF出厂值/nF2017年实测值/nF实测值与出厂值偏差比例/实测值与额定值偏差比例/A相C111.8911.9112.414.20 4.37C263.5062.7062.990.46-0.80
6、C10.0010.0010.373.67 3.67B相C111.8912.0212.282.16 3.28C263.5062.5063.852.16 0.55C10.0010.1010.301.97 2.99C相C111.8911.9112.051.18 1.35C263.5064.1064.120.03 0.98C10.0010.0010.141.44 1.44 从表2可以看出，实际升压站A母A、B相电容式电压互感器容值变化超出行业标准“警示值”，其中A相接近厂家说明书限制值。1.2.2 电容值异常数据分析 该型电容式电压互感器的电容分压器由208个单块容值2.08的电容元件串联组成，其中上
7、层分压器C12由104块电容元件叠装而成，下层分压器C11由71块电容元件叠装而成，下层分压器C2由33块电容元件叠装而成。随着互感器运行年限的增长，受早期制造工艺、运行过电压冲击和电容元件材料老化等因素影响，电容分压器内部电容元件绝缘老化受损、极板放电击穿，一方面放电造成绝缘介质劣化、电容分压器介损值上升，影响剩余电容元件绝缘强度；另一方面，剩余电容元件承受的运行电压升高，绝缘裕度进一步降低，加速剩余电容元件的劣化损坏。高压电容C1内部每N个电容元件被击穿，高压电容容值较初值上升N/（175-N）个百分点；中压电容C2内部每N个电容元件被击穿，中压电容容值较初值上升N/（33-N）个百分点。
8、为了了解互感器电压异常具体原因，对2007年以来的试验数据（如表3所示）进行了分析。自2011年起，A相和C相C12电容单元的介损值历年均稳定在0.0013以上，接近产品说明书允许值，且高于其他单元0.0003；2013年以来，三相电容式电压互感器电容分压器容值均较初值有升高，且呈现出加剧发展趋势。因此，判断电容分压器内部电容元件存在被击穿现象。其中2013年A相高压电容C1有1个电容元件被击穿、2015年被击穿元件数量增加至5个、2017年被击穿元件数量增加至8个，2015年B相高压电容C1有1个电容元件被击穿、2017年被击穿元件数量增加至5个，2015年C相高压电容C1有2个电容元件被击
9、穿、2017年被击穿的元件数量增加至3个。表3 A母电容式电压互感器近10a电容值试验数据相别电容单元出厂电容值/nF不同年份电容值/nF200720092011201320152017AC111.9111.9111.9211.9211.9512.2412.41C262.7062.5062.5962.5962.6962.6862.99BC112.0211.9912.0112.0112.0212.0912.28C262.5063.4863.5763.5663.6663.6363.85CC111.9111.9011.9111.9111.9312.0012.05C264.1063.7263.8163
10、.8163.9263.9064.121.2.3 电压异常情况验证电容式电压互感器由电容分压器和电磁单元组成，其中电容分压器通过高压电容C1和中压电容C2串联分压，电磁单元的中压变压器并接在中压电容C2两侧，将中间电压变为二次电压。电容式电压互感器二次电压为 （1）郭 一：电容式电压互感器二次电压异常分析及处置2023 年 8 月41 其中，U2为二次电压；U1为一次电压；K为中压变压器变比。由此可知，电容式电压互感器运行中如果因电容元件被击穿造成高压电容C1或中压电容C2电容量发生变化，二次电压则会发生变化。高压电容C1有电容元件被击穿，则高压电容C1容值变大，二次电压将升高；中压电容C2有电
11、容元件被击穿，则中压电容C2容值变大，二次电压将降低。分别将2017年实测电容值和出厂电容值带入以上式（1），与初值相比较，A相二次电压将升高3.11个百分点，B相二次电压将持平，C相二次电压将升高0.96个百分点；设实时二次电压为59.1V，则三相电压分别为A相60.9V、B相59.1V、C相59.7V，与表1中A母三相电压实测值基本一致。因此，判断二次电压异常是由于相应电容分压器内部电容元件被击穿引发，印证了前述的判断。1.3 异常情况的处置由前述可知，三相电容式电压互感器的分压电容器内部电容元件不同程度存在被击穿问题，A、B相电容元件被击穿数量分别为8个和5个，电容元件被击穿后剩余电容元
12、件的电压变化为 其中，m为电容分压器中电容元件总数，为208块；n为被击穿电容元件的数量。在部分电容被击穿后，剩余电容元件承担的电压将升高。按照电容式电压互感器使用说明书中“互感器可在1.2倍额定电压下长期运行，用于中性点有效接地系统的互感器可在1.5倍额定电压下运行30s”的说明，A、B相电压互感器剩余电容元件承受的正常运行电压已超出允许水平，在过电压作用下极易出现绝缘事故，亟须进行处置，防止出现220kV母线区内故障。另外，无论是“高压电容C1容值变大引起的二次电压升高”，还是“中压电容C2容值变大引起的二次电压降低”，二次电压均不能正确反映一次系统真实电压值，给电能质量、系统稳定、继电保
13、护和电量计量等均产生影响，亟须进行处置，提升系统安全可靠性。为此，对A母三相电容式电压互感器进行更换，并对同批次的B母三相电容式电压互感器进行更换，更换后A、B母二次电压恢复正常，具体情况如表4所示。表4 A、B母电压互感器更换后二次电压测量值相别A母运行二次电压/VB母运行二次电压/VA59.5059.49B59.4859.49C59.5059.501.4 异常情况发生的原因分析1.4.1 技术监督的关键环节应合规 对新能源场站而言，现阶段均能够规范开展量值检测和传递，但对电容值等关键指标分析上把关不严，将“初值差分析”变为“同比差分析”；二次电压和红外成像分析不规范，温升细微变化和电压一致
14、性不好未能及时发现，造成缓慢发展的问题，错过最佳发现、处置时机，最终演变为异常事件。1.4.2 不同专业的差异性影响决策 大多数电力企业一次和二次专业由不同专业工程师负责，由于一次、二次专业规程制定原则的差异性，以及生产经营诉求的差异性，造成对设备状态的认知判断、问题后果的接受程度不尽相同，因此设备管理存在较大差异性，导致问题互感器形成隐患后仍长时间在网运行。1.4.3 刚性计划影响检修策略实施 当前各级调度对涉网电气系统检修计划管控趋严，受多重因素影响，检验逾期、项目漏检等问题不同程度存在，造成设备状态存在不可控的运行风险。2 建议2.1 电力技术监督宜系统考虑并把握关键环节一是量值获取、分
15、析处置环节必须严格执行国家、行业、企业标准，检测方法、数据分析、处置策略必须合法合规，摸清设备真实状态。二是要建立并规范包括日常巡检、例行试验在内的数据库，从二次电压幅值波形变化、红外热像设备异常温升、分压电容容值介损变化趋势综合分析判断互感器状态，达警示值时及时开展局部放电、电压比校核等诊断性试验，确定主绝缘强度和电压转换的准确性，存在异常的必须采取果断措施。2.2 电力企业要结合实际制定严于行业标准的企 业标准 随着新版电力设备预防性试验规程（DL/T5962021）输变电设备状态检修试验规程（2）山 西 电 力2023 年第 4 期42（DL/T3932021）等规程的发布，电容式电压互
16、感器电容量检测周期大幅延长，且提出了“额定电压下的误差特性满足误差限制要求的，可以替代介质损耗因素及电容量测量”3的条款。需要指出的是，互感器误差特性试验一般分工在电气二次专业，一是试验结果对电容式电压互感器绝缘影响的判断会因专业间沟通不足而缺失；二是如果“高压电容C1容值变大引起二次电压升高”，电能计量结果的有利性不利于对异常问题的及时处置。因此，建议制定企业标准时，充分考虑停电周期、专业分工、产品说明书要求、可能产生的后果等因素，制定相对严格的企业标准。2.3 检修工作宜坚持逢停必检 受多重因素影响，涉网电气设备计划停电较难平衡，规程标准周期要求往往难以达到，因此应坚持逢停必检，全面开展例
17、行试验，有针对性地开展诊断性试验，扎实做好修前准备和过程管控工作，确保设备状态安全可控。3 结束语电容式电压互感器涉及无功调节设备、继电保护装置、电能计量等多个环节，涉及系统多、影响范围广。另外，受制造工艺、运行环境、系统过电压等因素影响，新投入运行或服役年限较长的电容式电压互感器极易出现异常问题。因此，要科学、合规地做好设备管理工作，确保发供电企业和电力系统安全、稳定、可靠运行。参考文献：1 国家能源局.防止电力生产事故的二十五项重点要求M.北京：中 国电力出版社，2015：312.2 中华人民共和国电力工业部.电力设备预防性试验规程：DL/T 5961996S.北京：中国电力出版社，199
18、7：190.3 国家能源局.电力设备预防性试验规程：DL/T5962021S.北京：中国电力出版社，2021：68.Analysis and Disposal of Abnormal Secondary Voltage of Capacitive Voltage TransformerGUO Yi（State Nuclear Electric Power Planning Design&Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100095，China）Abstract：Anabnormalsecondaryvoltageeventcausedbytheexces
19、scapacitanceofcapacitivevoltagetransformerinabooststationofanewenergyplantisanalyzed.Analysisandcalculationoftestdataverifiestherealcauseoftheabnormalaccident.Themainproblemsintheoccurrenceandthedisposaloftheaccidentarepointedoutandtheconcretemeasuresfortheconditionmonitoringofcapacitivevoltagetransformerareputforward.Key words：capacitivevoltagetransformer；excesscapacitance；abnormalsecondaryvoltage
