一起110千伏电容式电压互感器二次零序电压异常波动的故障分析

来源：电气技术　2022-03-02 08:58:24

三峡大学、国网湖北省电力有限公司荆门供电公司的研究人员韩慕尧、罗皓文、刘傲洋、廖玄、望开新，在2021年第12期《电气技术》上撰文，针对一起110kV电容式电压互感器二次零序电压异常波动故障进行分析，通过查看现场故障录波波形、检查二次电压回路、电压互感器本体状况，最终查明故障原因是电压互感器末端N端子与开口三角绕组（二次零序电压回路）之间绝缘击穿，电压互感器一次侧产生的放电电流在开口三角绕组中流通，从而引起二次零序电压异常波动。最后，针对本起事件所暴露出的问题，提出关于二次设备日常巡视工作的思考及建议。

电压互感器作为电力系统重要组成设备之一，能将电网一次侧高电压转化成二次侧低电压，从而为保护、测量、计量等继电保护装置提供系统电压信息。电压互感器主要分为电磁式电压互感器和电容式电压互感器（capacitor voltage transformer, CVT），由于CVT在经济性及安全性方面具有显著优势，因此，在110kV及以上电压等级的系统中得到广泛使用，CVT的可靠稳定运行对于保障电网安全具有重要意义。

本文针对一起110kV CVT二次零序电压异常波动故障进行分析，通过查看现场故障录波波形，以及检查二次电压回路、CVT本体状况，最终查明故障原因是CVT末端N端子与开口三角绕组（二次零序电压回路）之间绝缘击穿，导致N端子通过开口三角绕组接地，CVT一次侧产生的放电电流在开口三角绕组中流通，从而引起二次零序电压异常波动。该故障是一起一次电流侵入二次系统的典型案例。

1 故障概况

2019年7月5日，检修人员在对某220kV变电站开展巡查工作时，发现站内110kV故障录波装置频发“110kV 5号母线电压3U0突变量启动”报文，该站一次接线示意图如图1所示，220kV及110kV侧均为双母接线，110kV 4号、5号母线并列运行，为大电流接地系统。故障录波装置异常报文如图2所示，110kV 5号母线电压互感器互05二次零序电压存在异常情况将严重影响站内二次设备的安全运行，于是，检修人员立即展开调查。

图1 某220kV变电站一次接线示意图

图2 110kV故障录波装置异常报文

2 现场检查情况

2.1 故障录波波形检查

由于110kV 4号和5号母线并列运行，正常运行时，4号、5号母线零序电压均应接近0，且波形基本一致，系统有故障时，4号、5号母线零序电压应同时波动，但查看录波波形后发现，4号、5号母线零序电压波形上有明显差异，如图3所示。图3中互04二次零序电压波形的零序电压幅值仅为0.2V左右，互05二次零序电压波形明显存在较大毛刺，其二次零序电压幅值达到12V左右，已超过零序电压启动定值6V。

图3 互04、互05二次零序电压录波波形

2.2 主控室二次回路检查

经检查，该站二次电压回路均在主控室“220kV及110kV电压并列隔离柜”一点接地，未发现失地或多点接地的情况。利用万用表现场量取互04零序电压有效值为0.27V、互05零序电压为1.589V。为进一步观察零序电压波形，检修人员借助示波器分别对220kV 1号、2号母线及110kV 4号、5号母线零序电压进行检查，图4为110kV 4号、5号母线零序电压波形，图5为220kV 1号、2号母线零序电压波形。

图4 110kV4号、5号母线零序电压波形

从图4和图5可以发现，5号母线二次零序电压存在较大高频分量，波动异常，峰-峰值电压高达16V，1号、2号及4号母线二次零序电压幅值波动较小，波形中并无较大高频分量。进一步检查110kV 4号、5号母线相电压波形，测量得到两段母线相电压二次有效值均为60.5V左右，且波形上未见明显差异，呈现正序三相电压关系。110kV 4号、5号母线相电压波形如图6所示。

图5 220kV 1号、2号母线零序电压波形

图6 110kV 4号、5号母线相电压波形

3 故障原因分析

通过对现场情况的检查可知，发生故障时，互04零序电压及各相电压未发生明显变化，而互05零序电压波动异常，各相电压正常，由于4号和5号母线并列运行，正常情况下理应同时变化，所以，检修人员怀疑5号母线电压互感器互05二次零序电压回路可能流过短时较大电流，在二次电缆上产生压降，从而造成零序电压波动。

为了证实上述推断，检修人员分别对互04、互05零序电压回路进行电流检测，发现正常运行时，互05零序电压回路中性线N600电流为430mA，明显大于正常值（50mA以下），之后检修人员对互05二次电压回路进行逐一检查，发现零序电压C相绕组首末端电流不一致，怀疑互05C相电压互感器内部可能存在绝缘击穿。互05端子箱二次电压测试结果如图7所示。

接着，检修人员对互05电压互感器外观进行检查，发现C相电压互感器接线盒下端二次电缆有油污，且本体油位明显下降，如图8所示。

图7 互05端子箱二次电压测试结果

图8 互05C相电压互感器外观检查情况

将互05电压互感器转检修后，检修人员发现C相电压互感器二次接线盒内有放电痕迹，互感器分压电容末端N端子与开口三角C相绕组端子间绝缘击穿，导致二次接线板结构破坏后造成互感器漏油。

综上分析，互05电压互感器放电回路如图9所示，本起事件中110kV电压互感器二次零序电压异常波动的原因为互05电压互感器开口三角绕组C相和分压电容器N端子之间的绝缘击穿，分压电容器N端子直接接到开口三角C相电缆（L601）上。

此时，电压互感器通过开口三角绕组在电压并列切换屏接地，互感器末端被钳制到地电位，不会造成相电压波动，而放电电流If在二次电缆及互感器二次绕组上会形成压降，造成正常运行时零序电压中产生较大高频分量，当绝缘状况发生变化，If出现短时大电流时，零序电压将出现较大尖峰脉冲波形。实际情况与所分析情况一致，证实了之前的推断。

图9 互05电压互感器放电回路