500kV电压互感器二次侧过电压故障分析
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产品简介
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。
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。
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