500kV电压互感器二次侧过电压故障分析

TV（电压互感器）将电力系统一次的高电压转换成与其成比例的低电压，输入到继电保护、自动装置和测量仪表中，是电网正常运行、监视、计量、保护和控制等系统中不可缺少的主设备之一。CVT（电容式电压互感器）是由电容分压器和电磁单元组成的具有独特结构的电气设备。由于它兼顾了TV和电力线路载波耦合装置中的耦合电容器两种设备的功能，因此近几年在电力系统中得到了广泛应用。但是目前对于CVT的二次内部过电压没有很好的保护措施。华意电力通过分析500 kV CVT分压电容短路故障引起二次系统过电压并导致保护电压继电器损坏事件，分析计算二次过电压倍数，并提出预防措施。

1 事故简介

2016年1月25日，某500 kV变电站线路B相避雷器升高座底部进水结冰被撑裂导致避雷器坠落，坠落过程中避雷器整体压向B相TV致瓷瓶损坏，现场对线路B相TV进行更换。B相TV更换完毕进行送电检查时，运行人员发现线路2套分相电流差动REL561保护闭锁光字亮，进一步检查发现2套保护电压回路继电器RXBA4的B相告警灯亮，保护已闭锁。经过现场检查、调取波形分析后，发现避雷器坠落过程中砸坏了B相TV从而导致二次侧出现了过电压并烧坏了电压继电器。

2 事故分析

2.1 CVT一次结构分析

目前500 kV TV绝大多数为电容式，CVT主要由电容分压器和电磁单元组成，一般采用三节电容分压。CVT是由电容分压器抽取电压，再经变压器变压得到标准二次电压，提供给保护、测量、计量、控制等仪表装置使用。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容元件组成，500 kV TV在外形上由3节瓷套组成，简化结构如图1所示，C1和C2分别在上、中两节瓷套中，C3在下节瓷套中并由法兰和电磁部分连接在一起[3]。考虑进行过B相TV更换工作，进一步检查现场CVT回路，测得电压数值、极性都正确，只是3U0数值为1.35 V有些偏高，但考虑到B相更换的CVT型号及厂家与原A和C两相CVT不一致，可能导致性能上的差异，故首先排除CVT本体问题。

图1 CVT结构简图

2.2 二次检查及录波分析

     进一步检查线路2套差动保护屏，确认2套保护电压回路断线继电器2组电压比较回路压差正常，差值较小，不足以使继电器动作。从站内故障录波器上手动录波检查电压回路，电压极性变比也正常，未见谐波分量的影响。综合以上分析，CVT接线没有异常，考虑到避雷器倒塌时线路并未跳闸，事故当时电压可能有异常波动，通过调取事故当时的录波文件，发现B相电压有1段较长的波动，B相异常电压二次感应电压峰值为123.2 V，约为B相正常电压峰值的1.5倍，持续时间在2 s左右，如图2所示。由于REL561是国外进口的老保护，加之投运已久老化的原因，考虑其可能不满足DL/T 478-2013《继电保护和安全自动装置通用技术条件》中4.6.1过载能力要求：“对于中性点直接接地系统的装置，2倍额定电压允许10 s”。怀疑可能已对继电器造成损坏。进一步用仪器检查2只RXBA4继电器B相回路，确认继电器均已损坏。经更换合格备品后再次送电成功，保护告警复归，线路3U0降为1.05 V，电压各项指标均正常。

2.3 过电压计算

     结合现场情况，避雷器底座倒塌时连线及本体倒向B相TV，避雷器在倾倒过程中，外壳与TV第一、第二节之间的金属连接部分发生碰撞并短路，短路持续时间大概300 ms，2 s后又撞击1次，之后连线扯断。现场情况如图3所示，怀疑二次过电压是由避雷器倒塌砸中CVT第一、第二节间的金属连接部分致使第一节电容被短路所引起的。

图2 故障录波

图3 避雷器倒塌现场照片

假设故障前二次电压有效值U，一次侧额定电压UN，CVT变比为N，电压互感器总电容C总，上节瓷套两端电压U1，中节瓷套两端电压U2，下节瓷套两端电压U3，上节瓷套总电容C1，中节瓷套总电容C2，下节瓷套总电容C3。

那么C总=C/3，U3=UN/3，

则二次测量电压U=U3/N=UN/（3N），

设故障后二次电压有效值变为U′，

根据现场故障录波图，B相正常电压峰值为57.7*√2=81.6V。B相异常电压二次感应电压峰值为123.2 V。故障B相电压≈1.5倍故障前电压，与计算分析一致，故可确定CVT二次过电压是由避雷器倒塌砸中CVT第一、第二节间的金属连接部分致使第一节电容被短路所引起的。

3 结语

    以上分析了一起500 kV CVT因一次侧电容短路导致二次侧过电压并损坏保护电压继电器的事故，通过分析CVT一次结构计算了二次侧过电压倍数，计算结果与现场情况一致。因REL561线路保护投运已久，不符合最新的《继电保护和安全自动装置通用技术条件》要求，建议对其进行技术改造。另外，在对继电保护装置进行入网检测时需严格把关，保护电网安全稳定运行。

为分析CVT的类似故障提供了一种可行的判断办法，以此提供有效的保护措施，有助于电力系统安全稳定运行。

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