電壓互感器作為電力系統重要組成設備之一，能將電網一次側高電壓轉化成二次側低電壓，從而為保護、測量、計量等繼電保護裝置提供系統電壓信息。電壓互感器主要分為電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT），由于CVT在經濟性及安全性方面具有顯著優勢，因此，在110kV及以上電壓等級的系統中得到廣泛使用，CVT的可靠穩定運行對于保障電網安全具有重要意義。

本文針對一起110kV CVT二次零序電壓異常波動故障進行分析，通過查看現場故障錄波波形，以及檢查二次電壓回路、CVT本體狀況，最終查明故障原因是CVT末端N端子與開口三角繞組（二次零序電壓回路）之間絕緣擊穿，導致N端子通過開口三角繞組接地，CVT一次側產生的放電電流在開口三角繞組中流通，從而引起二次零序電壓異常波動。該故障是一起一次電流侵入二次系統的典型案例。

1 故障概況

2019年7月5日，檢修人員在對某220kV變電站開展巡查工作時，發現站內110kV故障錄波裝置頻發“110kV 5號母線電壓3U0突變量啟動”報文，該站一次接線示意圖如圖1所示，220kV及110kV側均為雙母接線，110kV 4號、5號母線并列運行，為大電流接地系統。故障錄波裝置異常報文如圖2所示，110kV 5號母線電壓互感器互05二次零序電壓存在異常情況將嚴重影響站內二次設備的安全運行，于是，檢修人員立即展開調查。

圖1 某220kV變電站一次接線示意圖

圖2 110kV故障錄波裝置異常報文

2 現場檢查情況

2.1 故障錄波波形檢查

由于110kV 4號和5號母線并列運行，正常運行時，4號、5號母線零序電壓均應接近0，且波形基本一致，系統有故障時，4號、5號母線零序電壓應同時波動，但查看錄波波形后發現，4號、5號母線零序電壓波形上有明顯差異，如圖3所示。圖3中互04二次零序電壓波形的零序電壓幅值僅為0.2V左右，互05二次零序電壓波形明顯存在較大毛刺，其二次零序電壓幅值達到12V左右，已超過零序電壓啟動定值6V。

圖3 互04、互05二次零序電壓錄波波形

2.2 主控室二次回路檢查

經檢查，該站二次電壓回路均在主控室“220kV及110kV電壓并列隔離柜”一點接地，未發現失地或多點接地的情況。利用萬用表現場量取互04零序電壓有效值為0.27V、互05零序電壓為1.589V。為進一步觀察零序電壓波形，檢修人員借助示波器分別對220kV 1號、2號母線及110kV 4號、5號母線零序電壓進行檢查，圖4為110kV 4號、5號母線零序電壓波形，圖5為220kV 1號、2號母線零序電壓波形。

圖4 110kV4號、5號母線零序電壓波形

從圖4和圖5可以發現，5號母線二次零序電壓存在較大高頻分量，波動異常，峰-峰值電壓高達16V，1號、2號及4號母線二次零序電壓幅值波動較小，波形中并無較大高頻分量。進一步檢查110kV 4號、5號母線相電壓波形，測量得到兩段母線相電壓二次有效值均為60.5V左右，且波形上未見明顯差異，呈現正序三相電壓關系。110kV 4號、5號母線相電壓波形如圖6所示。

圖5 220kV 1號、2號母線零序電壓波形

圖6 110kV 4號、5號母線相電壓波形

3 故障原因分析

通過對現場情況的檢查可知，發生故障時，互04零序電壓及各相電壓未發生明顯變化，而互05零序電壓波動異常，各相電壓正常，由于4號和5號母線并列運行，正常情況下理應同時變化，所以，檢修人員懷疑5號母線電壓互感器互05二次零序電壓回路可能流過短時較大電流，在二次電纜上產生壓降，從而造成零序電壓波動。

為了證實上述推斷，檢修人員分別對互04、互05零序電壓回路進行電流檢測，發現正常運行時，互05零序電壓回路中性線N600電流為430mA，明顯大于正常值（50mA以下），之后檢修人員對互05二次電壓回路進行逐一檢查，發現零序電壓C相繞組首末端電流不一致，懷疑互05C相電壓互感器內部可能存在絕緣擊穿。互05端子箱二次電壓測試結果如圖7所示。

接著，檢修人員對互05電壓互感器外觀進行檢查，發現C相電壓互感器接線盒下端二次電纜有油污，且本體油位明顯下降，如圖8所示。

圖7 互05端子箱二次電壓測試結果

圖8 互05C相電壓互感器外觀檢查情況

將互05電壓互感器轉檢修后，檢修人員發現C相電壓互感器二次接線盒內有放電痕跡，互感器分壓電容末端N端子與開口三角C相繞組端子間絕緣擊穿，導致二次接線板結構破壞后造成互感器漏油。

綜上分析，互05電壓互感器放電回路如圖9所示，本起事件中110kV電壓互感器二次零序電壓異常波動的原因為互05電壓互感器開口三角繞組C相和分壓電容器N端子之間的絕緣擊穿，分壓電容器N端子直接接到開口三角C相電纜（L601）上。

此時，電壓互感器通過開口三角繞組在電壓并列切換屏接地，互感器末端被鉗制到地電位，不會造成相電壓波動，而放電電流If在二次電纜及互感器二次繞組上會形成壓降，造成正常運行時零序電壓中產生較大高頻分量，當絕緣狀況發生變化，If出現短時大電流時，零序電壓將出現較大尖峰脈沖波形。實際情況與所分析情況一致，證實了之前的推斷。

圖9 互05電壓互感器放電回路

4 結論

在本起事件中，由于電壓互感器末端通過二次零序電壓回路已接地，導致在正常運行過程中，三相電壓依然平衡，只是零序電壓異常波動，因而具有一定隱蔽性，難以通過常規巡查手段發現。此外，一次設備通過二次回路接地，一旦放電電流較大、放電時間較長，極有可能造成繼電保護裝置誤動作，引起更為嚴重的事故。

本起事件暴露出許多問題，值得檢修人員繼續思考和提升。

對于保護人員：①加強二次設備日常巡視力度，要注重巡查的實效性，不能走馬觀花，心存僥幸，一定要警惕異常告警，及時查明告警原因；②豐富二次回路的檢測手段，要合理運用先進檢測設備（如示波器），從多維度出發，衡量二次回路及設備的運行狀況，努力擺脫固有思維限制。

對于運維人員：加強運維人員二次繼電保護知識培訓，加強多班組合作交流，使運維人員能敏感察覺異常告警信息，及時溝通。

對于一次檢修人員：加強對CVT原理和結構的學習，準確了解設備多維度檢測方法，關鍵是掌握一、二次專業知識結合點，做到設備檢修無盲區。

本文編自2021年第12期《電氣技術》，論文標題為“一起110kV電容式電壓互感器二次零序電壓異常波動故障分析”，作者為韓慕堯、羅皓文 等。