摘要：电容式电压互感器中的电容元件发生击穿后，随着击穿元件个数的增加，易引起连锁效应并诱发大量电容元件雪崩击穿，最终导致CVT故障。本文从结构上介绍了CVT分压原理，定量分析计算了CVT中的C1和C2分别出现击穿后的二次测量电压变化情况，并结合实际故障案例进行了介绍。
关键词：电容式电压互感器；电容；击穿；二次电压
0 引言
电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer, CVT）因绝缘强度高、经济性好、无铁磁谐振等优点已成为110kV及以上电压等级中最常用的电压互感器。其作为系统保护、测量的基础元件，对于保证系统的安全、可靠运行有重要作用。
然而随着设备运行年限的增长，设备绝缘老化不可避免，其中主要体现在绝缘介质的老化和电容元件的老化两个方面，并最终导致电容元件在特殊工况下发生击穿，该类故障案例在近年已发生多次[1][2]。因此研究CVT电容击穿后的二次测量电压变化特性，对于研究在线的CVT电容击穿监测判断方法有积极意义。
本文首先从CVT的结构特征和测量原理进行了介绍，分别分析了工频电压下不同位置电容元件击穿后测量电压特征，并进行了定量分析推导，最后介绍了实际系统中因电容击穿导致的CVT故障案例。
1 CVT结构及分压原理
CVT是由多个电容元件单元串联而成， 通常数十个电容元件构成一组电容，并被封装在一节瓷瓶中， CVT由数节电容组成的瓷瓶共同构成，从电气角度讲，其原理如图1所示。CVT电压测量采用分压原理，通过测量U2即可间接计算出U1的电压，假设每个电容元件的电容量为C，C1中总共有m个电容元件， C2有n个电容元件。根据电容元件的串联关系，可分别计算出C1和C2：
从图中可以看出，当击穿电容个数为零时，测量电压与准确电压比值为1，随着击穿电容个数的增加，测量电压逐渐增大，并且增大速度越来越快。当考虑实际系统中的线路过压保护时，以实际系统中过电压保护定值为例进行分析（通常设定为75V），即当测量电压为1.3倍的额定电压时，将导致过压保护动作，如图2中所示，可以看出当C1中存在约76个电容完全击穿时（约占总电容25%），将导致线路过电压跳闸。此时整个CVT的电容量将比原始电容增加约30%。
在电容击穿的初期（击穿个数较少时），单个电容元件的击穿并不会导致测量电压的明显变化，然而随着电容击穿个数的增加，单个元件的击穿将会导致更多的电压变化。对于存在电容元件不完全击穿情况时，仅能进行定性分析，其定性的结论为：随着电容元件的击穿，测量电压将逐渐增大。
2.2 C2电容击穿
当C2存在击穿时，即n减小，结合式(4)此时测量电压将比准确电压更小，同样假设击穿后C2中正常电容个数为n′，此时可推导出测量电压：
从图中可看出，C2中击穿电容的个数与测量电压的降低几乎成线性关系，这是因为n与m数量差别过大。当n小于m越多，这种关系越明显，并且通过分析可以发现，当C2中存在一个电容元件击穿时，将导致测量电压的明显降低。对于该种产品的C1和C2配置比例，在C1未击穿情况下，C2每击穿一个，电压约下降7%左右。由于电压降低是不存在报警的，但是因为测量电压降低而导致的三相不平衡可能会告警，此时会引起运行人员的注意。
4 实际故障案例
以某电网公司500kV的电容式电压互感器故障案例进行介绍，该相电容器在正常运行时比其他两相电压偏高约2%，当在进行空载线路投切时，造成该CVT大量击穿，表现现象为线路过电压跳闸而导致合闸不成功。在对该CVT解体后发现，其中C1中存在大量完全击穿和部分击穿的电容元件。通过该案例反应说明：当CVT中存在部分电容击穿后，测量电压可以反应出CVT中是否存在电容元件击穿，即查看测量电压是否偏高或偏低，并且需要注意的是：即使前期电容击穿量较小，但在后期发展过程中，健全电容器承受的电压将逐渐增大，其被击穿概率将急剧增大，并且呈非线性的快速增加，并且可能导致雪崩击穿，造成CVT的完全损坏。
5 结论
本文从CVT的原理结构出发，对CVT的分压特性进行了介绍，并分别分析了CVT中C1和C2存在击穿后，在二次侧测量到的电压变化趋势：当C1中存在电容击穿时，二次测量电压将偏高，并且随着被击穿量的增加，电压增加量呈非线性增大；当C2中存在电容击穿时，二次测量电压将偏低，由于C2中电容元件个数较少，电容击穿个数与测量电压之间近似呈线性关系。最后结合实际系统中的一起故障案例进行分析介绍，该故障就是：CVT中原本只存在少量电容击穿，但在遭遇一定过电压后，引起电容元件大量雪崩击穿，即：随着电容击穿个数的增加，电容击穿的概率将大幅上升，在未来检修中，对于运行年限较长的CVT应加强例行试验和状态检修，尽量避免因大量电容器雪崩击穿引起设备故障，从而影响系统安全稳定运行。
参考文献
[1]王绪, 王伟, 郭末凯,等. 一起CVT故障的分析和对策[J]. 电力电容器与无功补偿, 2014, 35(1):90-94.
[2]杨洋, 覃伟, 许强,等. 基于两起故障实例的500kV CVT故障原因对比分析[J]. 四川电力技术, 2012, 35(1):83-84.
[3]凌子恕. 高压互感器技术手册[M]. 中国电力出版社，2005
