110kV電容式電壓互感器的故障分析

甄偉健

摘 要：本文介紹了電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)故障類型及防范措施，并結(jié)合實(shí)例分析了一起電壓互感器的二次電壓異常事故。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；故障分析；二次電壓

中圖分類號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.前言

電容式電壓互感器作為一種電壓變換裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)，主要用于電壓測(cè)量?jī)x表及繼電保護(hù)裝置的電壓信號(hào)取樣設(shè)備。它接于高壓與地之間，將系統(tǒng)高電壓轉(zhuǎn)換成二次低電壓。近年來(lái)，由于電容式電壓互感器因結(jié)構(gòu)合理，絕緣強(qiáng)度較高，在110kV及以上電壓等級(jí)電力系統(tǒng)中得到廣泛使用。

1.電容式電壓互感器簡(jiǎn)介

如圖1所示，電容式電壓互感器由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由主電容C1（C11、C12、C13、C14）和分壓電容C2組成，具有降壓和分壓作用；電磁單元由中間變壓器（T）、補(bǔ)償電抗器（L）、放電間隙（P）、電阻（R）和載波耦合裝置（J）組成。分壓電容抽取系統(tǒng)部分電壓連接在一次繞組上，分壓電容末端接地或與結(jié)合濾波器串接后接地。這樣的結(jié)構(gòu)縮減了整臺(tái)互感器的體積，串聯(lián)電容與結(jié)合濾波器串接后可作為高頻載波信號(hào)的通道。

電容式電壓互感器有兩種形式，內(nèi)置式和外置式。上圖為互感器內(nèi)置形式，分壓電容放置在上部的充油套管內(nèi)，下部的油箱內(nèi)有一次繞組的補(bǔ)償電抗器，兩組二次繞組和避雷器或放電間隙。二次繞組da、dx輸出電壓為100V，繞組a、x輸出電壓為100V/。電容式電壓互感器為單相式結(jié)構(gòu)，多用于110kV及以上電壓等級(jí)的系統(tǒng)。一般配置在母線或線路A相，為保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量或斷路器同期和重合閘裝置提供電壓判據(jù)。

2.電壓互感器的故障類型

受多種因素影響，電容式電壓互感器發(fā)生故障的概率很高。

2.1 二次輸出電壓異常

故障表現(xiàn)為：電壓互感器某相或幾相電壓下降，而開(kāi)口三角電壓升高。輕微故障時(shí)互感器外觀上沒(méi)有異常，也沒(méi)有異常聲音。但故障嚴(yán)重時(shí)內(nèi)部有放電聲或者其他不正常異響，并且會(huì)發(fā)出焦臭味，有可能發(fā)生電容器擊穿爆炸事故。

故障發(fā)生的原因有：（1）分壓電容器中的某個(gè)電容被擊穿導(dǎo)致串聯(lián)電容數(shù)量減少，分壓電容相對(duì)增大，二次輸出電壓下降；（2）由于產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題或者在運(yùn)輸安裝工程中保護(hù)不當(dāng)?shù)仍颍斐苫ジ衅鞯蔫F芯松動(dòng)導(dǎo)致其氣隙距離發(fā)生了變化，破壞了阻尼器的調(diào)諧工作條件。這相當(dāng)于在輔助二次回路上接入一個(gè)很大的負(fù)荷來(lái)分壓，從而致使二次輸出電壓異常。（3）電壓互感器的電抗線圈和彈性銅片連接處的螺絲發(fā)生松動(dòng)也是二次輸出電壓異常的原因之一。

2.2電磁單元故障

2.2.1二次繞組失壓

導(dǎo)致電磁單元二次繞組失壓的原因有：（1）分壓電容器C2發(fā)生擊穿短路接地；（2）中間變壓器的一次引接線接地或者斷線；（3）與中間變壓器并聯(lián)的避雷器被擊穿；（4）電壓互感器二次側(cè)空氣開(kāi)關(guān)跳開(kāi)或者二次回路斷線。

2.2.2電磁單元絕緣下降

電壓互感器二次接線盒內(nèi)部受潮，導(dǎo)致二次繞組絕緣下降，甚至為零；二次繞組的N端或引線接地或者觸碰到油箱金屬外殼。上述原因都有可能導(dǎo)致電磁單元絕緣低。

2.3其他故障

（1）電壓互感器鐵磁諧振，這有可能是由于在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)多組電容器互換或者電容器宇電磁單元互換，導(dǎo)致其分壓電容、耦合電容以及中間變壓器組合不對(duì)應(yīng)，從而產(chǎn)生鐵磁共振。（2）本體滲漏油，油位過(guò)低；互感器噴油、流膠或外殼開(kāi)裂變形；套管破裂、放電，引線與外殼之間有火花等。這都可能導(dǎo)致互感器的絕緣性能下降，引起電壓異常，甚至引發(fā)爆炸事故。

3.故障檢測(cè)及防范措施

3.1故障檢測(cè)

（1）測(cè)量電壓互感器的絕緣電阻，包括了極間絕緣電阻（采用2500V兆歐表，一般不低于5000MΩ）和低壓端對(duì)地絕緣電阻（采用1000V兆歐表，一般不低于100MΩ）測(cè)量。將測(cè)試電阻與之前測(cè)量結(jié)果對(duì)比，若有明顯下降，則表明其內(nèi)部可能受潮或者瓷套有缺陷，應(yīng)立即馬上停電處理。

（2）測(cè)量電壓互感器的介損tanδ及電容量。在10kV試驗(yàn)電壓的tanδ值不大于下列數(shù)值：油紙絕緣0.5%，膜紙復(fù)合絕緣為0.4%。而電容值的要求為：①每節(jié)電容量在偏差不超過(guò)額定的-5%～+10%范圍；②與出廠值相比，增加量超過(guò)+2%時(shí)，應(yīng)縮短試驗(yàn)周期；③由多節(jié)電容器組成的同一相，任何連接電容器的實(shí)測(cè)電容值相差不超過(guò)5%。

3.2故障防范措施

（1）必要時(shí)對(duì)電容式互感器進(jìn)行局部放電測(cè)量，并進(jìn)行其他標(biāo)準(zhǔn)預(yù)試項(xiàng)目，保證電壓互感器符合標(biāo)準(zhǔn)才能投入使用。

（2）當(dāng)電壓互感器的介損tanδ異常增長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理或者更換互感器，避免事故發(fā)生。

（3）當(dāng)發(fā)現(xiàn)電壓互感器本體或其他地方有滲漏油，油位過(guò)低或者壓力下降時(shí)，應(yīng)立即停運(yùn)并進(jìn)行處理。

（4）嚴(yán)禁電磁單元帶缺陷運(yùn)行，電磁單元的一次電壓不應(yīng)超過(guò)3kV，而二次繞組的電流不大于10A，避免過(guò)負(fù)荷。

（5）加強(qiáng)對(duì)電壓互感器二次接線及其絕緣的檢查，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行預(yù)試工作。

4.實(shí)例分析

4.1故障基本情況

某220kV變電站的110kV母線采用型號(hào)為WVB110-20H的電容式電壓互感器。故障發(fā)生時(shí)，其二次電壓分別為A相：78.7V，B相為66.65V，C相為66.65V。相比B、C兩相電壓，A相電壓上升了18% ，互感器的二次電壓輸出異?！，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，互感器的外觀無(wú)異常，沒(méi)有滲漏油情況，亦沒(méi)有放電聲音或其他異響，紅外測(cè)溫顯示電壓互感器A相比B相和C相高月3.5℃。初步判斷A相電容單元內(nèi)部故障。

4.2 故障分析

對(duì)電壓互感器進(jìn)行介損tanδ及電容量測(cè)試，并與上次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)比。根據(jù)表1，發(fā)現(xiàn)分壓電容C2正常，主電容C1的電容量增長(zhǎng)了7.2%，而介損值tanδ高達(dá)1.2%。按規(guī)程要求，電容量的增加量不應(yīng)超過(guò)+2%，介損tanδ則不應(yīng)大于0.5%。由此判斷，主電容C1內(nèi)部有可能發(fā)生電容屏擊穿，從而導(dǎo)致電容量升高。根據(jù)一次電壓Uc2=U×C1/（ C1+ C2），一次電壓增大，即是造成現(xiàn)場(chǎng)二次電壓升高的原因。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)互感器器解體檢查發(fā)現(xiàn)：（1）電容屏有1/3暴露在空氣中，導(dǎo)致主電容屏內(nèi)部絕緣性能下降，造成了多片電容屏發(fā)熱且已經(jīng)變形；（2）電磁單元和電容器之間連接的密封圈變形嚴(yán)重，導(dǎo)致電容器的絕緣油滲進(jìn)去電磁單元，電容屏油位下降，電磁單元油位上升。應(yīng)及時(shí)更換故障電壓互感器，并通過(guò)試驗(yàn)合格后投入使用。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)電容式電壓互感器的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析探究，提出了有效的防范措施，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)電容式電壓互感器的各類缺陷提供一定的參考，并加強(qiáng)對(duì)電壓互感器的巡視維護(hù)工作，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。

參考文獻(xiàn)

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