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摘要 针对500kV CVT运行事故，通过CVT不同放电类型及其实验数据的分析，提出了用局部放电在线监测的方法预防绝缘事故。
关键词 电容式电压互感器 故障放电 在线监测
0 引言
电容式电压互感器(简称CVT)已广泛应用于220、500kV电网中。1992-11-24，1993-04-20，1994-07-20，东北电网出现3次CVT爆炸起火重大事故，设备击穿前均伴随有局部放电信号，笔者力图通过CVT局部放电研究，得出预防事故的办法。
1 CVT故障放电类型
500kVCVT由3台耦合电容器及1台分压电容器串联组成。耦合电容器承受高压，外有瓷套管。其上置有金属制膨胀器的芯子由若干个电容器包串联组成，经过真空干燥处理后浸在电容器油中，内部密封。
真空干燥和浸渍完善的油浸纸其起始局部放电电场可高达100～140kV/mm。真空处理不完善或者受潮等因素会导致油浸纸及绝缘支撑杆绝缘强度降低并在高电场作用下产生局部放电。放电又使油分解气化，进一步恶化电容器的绝缘性能。卷制过程中，原材料质量不好或者拉力不均匀会造成电容器元件中皱纹较多，使局部放电容易产生。
若元件之间连接片和引出线焊接不良，则在焊点处会产生油间隙火花放电，使油分解。如设计不合理，电容器芯子金属膨胀器之间引线过紧则会在剧烈的气温变化下拉断， 从而产生油间隙火花放电。如果焊接点处不光滑有尖刺， 也会使电场集中产生放电。
在电容器瓷套和箱壳焊接时，如将锡块或其他金属掉到电容器壳内，则会存在悬浮电位，产生间歇性火花放电，进一步恶化油的质量。
因此，CVT中内部有二种类型的故障放电：1)油中火花放电；2)电容器芯子电场集中引起的爬电。
2 CVT放电模型实验
500kV变电站干扰十分严重，主要有空气中火花放电、绝缘子表面爬电以及电晕放电等等。只有对各种放电信号在实验室进行模拟实验，将其严格区分，才能找出信号识别的有力判据。这里，主要关注电力电容器内部放电，其信号为油中放电特征，而外部干扰信号主要为空气中火花放电、电晕放电。
2.1 空气中火花放电
实验模型见图1，火花放电间隙d=0.3mm，表示导体接触不良、螺丝松动等引起的间隙。探头为甚高频探头，采用跨接法。
图1 空气中火花放电模拟电路
实验中发现空气中火花放电为脉冲均匀分布放电信号，单个波形为振荡波形，图2为其放电波形。而油中火花放电不仅放电能量大，而且是间歇性的。
图2 空气中火花放电脉冲波形
2.2 油中火花放电
实验模型见图3。C1和C2为两个电容器，其值为1000pF；d=0.5mm，表示电容器接触不良，电容器芯子引线拉断而形成的间隙；探头为甚高频探头，采用跨接法。
图3 油中火花放电模拟电路
实验发现，这种放电为不稳定性放电，幅值高达500mV，放电为阵发性脉冲群，图4为典型波形图。这种放电利用甚高频方法很容易发现且已成功地用于变压器局部放电在线监测［1］。
图4 油中火花放电脉冲波形
2.3 电容器芯子爬电
实验模型见图5。C1～C5为自制的电容器，每个电容器值为1000pF，模拟500kV单个电容器包。具体制备方法：将绝缘纸浸泡在变压器油中一个月，让其充分浸渍，尽可能除去纸中气体后尽可能紧的卷在电木条上，5个电容器串联起来放在油桶中实验。样品加5kV电压，每个电容器承受1kV电压，以期与实际运行中电容器承受电压接近。
图5 电容器芯子爬电模拟电路
加压后，线路中测到的爬电信号见图6，其波形的特征为：脉宽几个μs，脉冲形状不规则，经常有“驼峰”出现。
图6 电容器芯子爬电信号波形
2.4 电晕放电波形
500kV变电站电晕放电十分严重，在图1中取d=3mm进行模拟。针尖处高场强引发电晕放电，随着电压升高，电晕放电加剧。从波形上看，波形只是峰值升高，放电上升沿及脉冲宽度几乎不变，其波形见图7。
图7 电晕放电波形
2.5 电容器放电发展趋势
延长图3实验加压时间，芯子由爬电特征转化为树枝状放电，其特征为甚高频信号明显增多，放电次数增多。在发展到一个电容器临界击穿时，其放电次数显著增多，击穿后放电消失；再过一段时间后又出现树枝状放电， 第二个电容器击穿……， 这样直到最后一个电容器击穿。图8为放电过程中的放电波形。
图8 电容器放电波形
3 结论
超高压输变电领域中，和电磁式电压互感器相比，CVT具有很多优点，但是解决故障放电引发的事故是一大难题。500kV变电站外部干扰放电十分严重，常规的方法很难进行现场在线测量，但是电晕放电波形与电容器芯子爬电波形相差很大，通过电子测量技术采用识别的方法有可能设计出区别500kV电容器芯子爬电的仪器。爬电发展到临近击穿时，放电高频信号是一个明显特征，因此，甚高频法故障放电在线监测可以观察到放电发展过程，为解决CVT故障放电提供了一种有效的方式。
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