韓慕堯 羅皓文 劉傲洋 廖 玄 望開(kāi)新

一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動(dòng)故障分析

韓慕堯1羅皓文2劉傲洋2廖 玄2望開(kāi)新2

（1. 三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002； 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門(mén)供電公司，湖北 荊門(mén) 448200）

本文針對(duì)一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動(dòng)故障進(jìn)行分析，通過(guò)查看現(xiàn)場(chǎng)故障錄波波形、檢查二次電壓回路、電壓互感器本體狀況，最終查明故障原因是電壓互感器末端N端子與開(kāi)口三角繞組（二次零序電壓回路）之間絕緣擊穿，電壓互感器一次側(cè)產(chǎn)生的放電電流在開(kāi)口三角繞組中流通，從而引起二次零序電壓異常波動(dòng)。最后，針對(duì)本起事件所暴露出的問(wèn)題，提出關(guān)于二次設(shè)備日常巡視工作的思考及建議。

電容式電壓互感器（CVT）；二次零序電壓；異常波動(dòng)；絕緣擊穿

0 引言

電壓互感器作為電力系統(tǒng)重要組成設(shè)備之一，能將電網(wǎng)一次側(cè)高電壓轉(zhuǎn)化成二次側(cè)低電壓，從而為保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量等繼電保護(hù)裝置提供系統(tǒng)電壓信息[1-5]。電壓互感器主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT），由于CVT在經(jīng)濟(jì)性及安全性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，因此，在110kV及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)中得到廣泛使用，CVT的可靠穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于保障電網(wǎng)安全具有重要意義[6-7]。

本文針對(duì)一起110kV CVT二次零序電壓異常波動(dòng)故障進(jìn)行分析，通過(guò)查看現(xiàn)場(chǎng)故障錄波波形，以及檢查二次電壓回路、CVT本體狀況，最終查明故障原因是CVT末端N端子與開(kāi)口三角繞組（二次零序電壓回路）之間絕緣擊穿，導(dǎo)致N端子通過(guò)開(kāi)口三角繞組接地，CVT一次側(cè)產(chǎn)生的放電電流在開(kāi)口三角繞組中流通，從而引起二次零序電壓異常波動(dòng)。該故障是一起一次電流侵入二次系統(tǒng)的典型 案例。

1 故障概況

2019年7月5日，檢修人員在對(duì)某220kV變電站開(kāi)展巡查工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)110kV故障錄波裝置頻發(fā)“110kV 5號(hào)母線(xiàn)電壓30突變量啟動(dòng)”報(bào)文，該站一次接線(xiàn)示意圖如圖1所示，220kV及110kV側(cè)均為雙母接線(xiàn)，110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)并列運(yùn)行，為大電流接地系統(tǒng)。故障錄波裝置異常報(bào)文如圖2所示，110kV 5號(hào)母線(xiàn)電壓互感器互05二次零序電壓存在異常情況將嚴(yán)重影響站內(nèi)二次設(shè)備的安全運(yùn)行，于是，檢修人員立即展開(kāi)調(diào)查。

圖1 某220kV變電站一次接線(xiàn)示意圖

圖2 110kV故障錄波裝置異常報(bào)文

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.1 故障錄波波形檢查

由于110kV 4號(hào)和5號(hào)母線(xiàn)并列運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)，4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓均應(yīng)接近0，且波形基本一致，系統(tǒng)有故障時(shí)，4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓應(yīng)同時(shí)波動(dòng)[8]，但查看錄波波形后發(fā)現(xiàn)，4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓波形上有明顯差異，如圖3所示。圖3中互04二次零序電壓波形的零序電壓幅值僅為0.2V左右，互05二次零序電壓波形明顯存在較大毛刺，其二次零序電壓幅值達(dá)到12V左右，已超過(guò)零序電壓?jiǎn)?dòng)定值6V。

圖3 互04、互05二次零序電壓錄波波形

2.2 主控室二次回路檢查

經(jīng)檢查，該站二次電壓回路均在主控室“220kV及110kV電壓并列隔離柜”一點(diǎn)接地，未發(fā)現(xiàn)失地或多點(diǎn)接地的情況。利用萬(wàn)用表現(xiàn)場(chǎng)量取互04零序電壓有效值為0.27V、互05零序電壓為1.589V。為進(jìn)一步觀察零序電壓波形，檢修人員借助示波器分別對(duì)220kV 1號(hào)、2號(hào)母線(xiàn)及110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓進(jìn)行檢查，圖4為110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓波形，圖5為220kV 1號(hào)、2號(hào)母線(xiàn)零序電壓波形。

圖4 110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)零序電壓波形

從圖4和圖5可以發(fā)現(xiàn)，5號(hào)母線(xiàn)二次零序電壓存在較大高頻分量，波動(dòng)異常，峰-峰值電壓高達(dá)16V，1號(hào)、2號(hào)及4號(hào)母線(xiàn)二次零序電壓幅值波動(dòng)較小，波形中并無(wú)較大高頻分量。進(jìn)一步檢查110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)相電壓波形，測(cè)量得到兩段母線(xiàn)相電壓二次有效值均為60.5V左右，且波形上未見(jiàn)明顯差異，呈現(xiàn)正序三相電壓關(guān)系。110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)相電壓波形如圖6所示。

圖5 220kV 1號(hào)、2號(hào)母線(xiàn)零序電壓波形

圖6 110kV 4號(hào)、5號(hào)母線(xiàn)相電壓波形（以A相為例）

3 故障原因分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的檢查可知，發(fā)生故障時(shí)，互04零序電壓及各相電壓未發(fā)生明顯變化，而互05零序電壓波動(dòng)異常，各相電壓正常，由于4號(hào)和5號(hào)母線(xiàn)并列運(yùn)行，正常情況下理應(yīng)同時(shí)變化，所以，檢修人員懷疑5號(hào)母線(xiàn)電壓互感器互05二次零序電壓回路可能流過(guò)短時(shí)較大電流，在二次電纜上產(chǎn)生壓降，從而造成零序電壓波動(dòng)。

為了證實(shí)上述推斷，檢修人員分別對(duì)互04、互05零序電壓回路進(jìn)行電流檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)，互05零序電壓回路中性線(xiàn)N600電流為430mA，明顯大于正常值（50mA以下），之后檢修人員對(duì)互05二次電壓回路進(jìn)行逐一檢查，發(fā)現(xiàn)零序電壓C相繞組首末端電流不一致，懷疑互05C相電壓互感器內(nèi)部可能存在絕緣擊穿。互05端子箱二次電壓測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

接著，檢修人員對(duì)互05電壓互感器外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)C相電壓互感器接線(xiàn)盒下端二次電纜有油污，且本體油位明顯下降，如圖8所示。

圖7 互05端子箱二次電壓測(cè)試結(jié)果

圖8 互05C相電壓互感器外觀檢查情況

將互05電壓互感器轉(zhuǎn)檢修后，檢修人員發(fā)現(xiàn)C相電壓互感器二次接線(xiàn)盒內(nèi)有放電痕跡，互感器分壓電容末端N端子與開(kāi)口三角C相繞組端子間絕緣擊穿，導(dǎo)致二次接線(xiàn)板結(jié)構(gòu)破壞后造成互感器漏油。

綜上分析，互05電壓互感器放電回路如圖9所示，本起事件中110kV電壓互感器二次零序電壓異常波動(dòng)的原因?yàn)榛?5電壓互感器開(kāi)口三角繞組C相和分壓電容器N端子之間的絕緣擊穿，分壓電容器N端子直接接到開(kāi)口三角C相電纜（L601）上。此時(shí)，電壓互感器通過(guò)開(kāi)口三角繞組在電壓并列切換屏接地，互感器末端被鉗制到地電位，不會(huì)造成相電壓波動(dòng)，而放電電流f在二次電纜及互感器二次繞組上會(huì)形成壓降，造成正常運(yùn)行時(shí)零序電壓中產(chǎn)生較大高頻分量，當(dāng)絕緣狀況發(fā)生變化，f出現(xiàn)短時(shí)大電流時(shí)，零序電壓將出現(xiàn)較大尖峰脈沖波形。實(shí)際情況與所分析情況一致，證實(shí)了之前的推斷。

圖9 互05電壓互感器放電回路

4 結(jié)論

在本起事件中，由于電壓互感器末端通過(guò)二次零序電壓回路已接地，導(dǎo)致在正常運(yùn)行過(guò)程中，三相電壓依然平衡，只是零序電壓異常波動(dòng)，因而具有一定隱蔽性，難以通過(guò)常規(guī)巡查手段發(fā)現(xiàn)。此外，一次設(shè)備通過(guò)二次回路接地，一旦放電電流較大、放電時(shí)間較長(zhǎng)，極有可能造成繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，引起更為嚴(yán)重的事故[9-14]。

本起事件暴露出許多問(wèn)題，值得檢修人員繼續(xù)思考和提升。對(duì)于保護(hù)人員：①加強(qiáng)二次設(shè)備日常巡視力度，要注重巡查的實(shí)效性，不能走馬觀花，心存僥幸，一定要警惕異常告警，及時(shí)查明告警原因；②豐富二次回路的檢測(cè)手段，要合理運(yùn)用先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備（如示波器），從多維度出發(fā)，衡量二次回路及設(shè)備的運(yùn)行狀況，努力擺脫固有思維限制。對(duì)于運(yùn)維人員：加強(qiáng)運(yùn)維人員二次繼電保護(hù)知識(shí)培訓(xùn)，加強(qiáng)多班組合作交流，使運(yùn)維人員能敏感察覺(jué)異常告警信息，及時(shí)溝通。對(duì)于一次檢修人員：加強(qiáng)對(duì)CVT原理和結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確了解設(shè)備多維度檢測(cè)方法，關(guān)鍵是掌握一、二次專(zhuān)業(yè)知識(shí)結(jié)合點(diǎn)，做到設(shè)備檢修無(wú)盲區(qū)。

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Fault analysis of secondary zero-sequence voltage abnormal fluctuation of 110kV capacitive voltage transformer

HAN Muyao1LUO Haowen2LIU Aoyang2LIAO Xuan2WANG Kaixin2

(1. China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002; 2. Jingmen Power Supply Company, State Grid Hubei Power Electric Co., Ltd, Jingmen, Hubei 448200)

This paper analyzes the abnormal fluctuation of secondary zero-sequence voltage in 110kV capacitive voltage transformer. By viewing the field fault record waveforms and checking the condition of the secondary voltage loop voltage transformer, it is found that the fault is caused by insulation breakdown between the terminal N of the voltage transformer and the open triangular winding (secondary zero-sequence voltage loop). The discharge current generated in the primary side of the voltage transformer circulates in the open triangular winding, which causes abnormal fluctuation of the secondary zero-sequence voltage. In view of the problems exposed by this incident, some thoughts and suggestions on routine inspection of secondary equipment are given at last.

capacitive voltage transformer (CVT); secondary zero-sequence voltage; abnormal fluctuation; insulation breakdown

2020-12-16

2021-02-26

韓慕堯（1996—），男，湖北省荊門(mén)市人，碩士研究生，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究工作。