高壓電容式電壓互感器的故障分析及防范措施

程凱 馬宏祖 孫繼超

摘要：電容式電壓互感器由于可防止電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振，在經(jīng)濟(jì)和安全上有許多優(yōu)越之處，被廣泛應(yīng)用在110kV及以上的變電站。它通常用于標(biāo)稱(chēng)電壓110-500kV的中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。但是，電容式電壓互感器受很多方面的影響，有眾多因素的干擾，比如它自身材料的不同，設(shè)計(jì)水平的不同都會(huì)或大或小地影響電容式電壓互感器的故障率，所以由于復(fù)雜多變的本質(zhì)特點(diǎn)，電容式電壓互感器投入使用以后比起電壓互感器和耦合電容器更加容易發(fā)生故障，對(duì)電網(wǎng)的安全造成威脅，無(wú)法保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：高壓電容器;電壓互感器;故障

1電容式電壓互感器的基本原理和結(jié)構(gòu)

電容式電壓互感器內(nèi)部構(gòu)建主要有電容單元和電磁單元。電容器單元通過(guò)一個(gè)與電容器電壓串聯(lián)的高壓電容器，系統(tǒng)電壓降低到13～20kV，即從外觀單個(gè)或幾個(gè)電容器用瓷套為表面的耦合電容器。電容器芯是電容器的重要組成部分，并且受到基本絕緣，每個(gè)瓷套中的電容器芯由數(shù)十個(gè)或數(shù)百個(gè)串聯(lián)的電容器元件組成。電磁單元主要由三部分組成，一種是補(bǔ)償器，補(bǔ)償器的影響使得電壓和初級(jí)電壓之間的各種精確比率和相位存儲(chǔ)在次級(jí)負(fù)載的次級(jí)輸出上，并且電容性分壓器的電抗值等于標(biāo)準(zhǔn)頻率電容的等效值。第二種是阻尼器，阻尼器的作用是鐵磁共振，通常是具有快速飽和電抗的類(lèi)型，其與電抗和阻尼電阻串聯(lián)，速飽和電抗器采用的是優(yōu)異的鐵芯材料，具有良好的性能，具有典型開(kāi)關(guān)特性的磁化曲線(xiàn);還有就是中間變壓器，中間變壓器實(shí)際上是一個(gè)電磁式電壓互感器，其任務(wù)是獲得一個(gè)中間電壓，通過(guò)次級(jí)電壓除以單位電壓，成為測(cè)量?jī)x器和繼電器的標(biāo)準(zhǔn)。

2高壓電容式電壓互感器存在的問(wèn)題

電容式電壓互感器可用于測(cè)量電壓，繼電保護(hù)，自動(dòng)控制等。在高壓和超高壓網(wǎng)絡(luò)中，也可用作載波電力線(xiàn)上通信系統(tǒng)的通信電容器。為了避免系統(tǒng)發(fā)生諧振故障，我們的電力系統(tǒng)廣泛使用電容式電壓互感器，但由于工藝，測(cè)試和操作條件的影響，發(fā)生故障的概率只增不減，以330千伏的供電站為例，由于絕緣損壞2次輸入線(xiàn)路連接到C相變壓器，嚴(yán)重影響了測(cè)量的準(zhǔn)確性和繼電器的可靠運(yùn)行，使電網(wǎng)安全運(yùn)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成了損壞。電容式電壓互感器誤差的原因：電壓互感器火花隙失效的啟動(dòng)器的電容器的隔離問(wèn)題;高壓繞組接觸時(shí)的避雷器會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)擊穿;避雷器本身發(fā)生故障。這對(duì)電壓轉(zhuǎn)換器不起作用。

3分析錯(cuò)誤原因

3.1中壓殼體失效和漏油導(dǎo)致冷凝器失效

2015年12月2日，某110千伏變電站220千伏的電壓增加了125千伏。紅外溫度測(cè)量顯示，電容式電壓互感器冷凝器塊的上三分之一比普通電容式電壓互感器高4℃。電容式電壓互感器于2009年10月生產(chǎn)，并于同年12月投入使用。斷電后，測(cè)試介電損耗，電容和比例系數(shù)，發(fā)現(xiàn)上電容器組C1與初始值相比增加了10%，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)下降了6%。在腐爛之后，結(jié)果證明電磁單元箱內(nèi)的油位與法蘭表面幾乎處于同一水平，在冷凝器單元的底部發(fā)生油滴，并且在中壓套筒中發(fā)生漏油，部分漏油是瓷套和金屬法蘭之間的連接處。之后，拆開(kāi)冷凝器單元，發(fā)現(xiàn)其在冷凝器單元中具有低油位，約為缺油的一半，并且冷凝器元件的上層的顏色與絕緣油中的下部元件和冷凝器元件的內(nèi)部的顏色完全不同。

3.2接地不良引起的電壓互感器的電容屏蔽

在2016年7月的某330千伏變電站，在預(yù)定的檢查期間，操作員和維護(hù)人員聽(tīng)到了I相電容式A相電力變壓器的異常放電噪聲，檢測(cè)到放電痕跡并且屏幕末端的地板被破壞，另外，對(duì)這個(gè)電壓互感器的所有部件性能進(jìn)行了徹底檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)所有都符合要求，得出接地不良是本次故障的根本原因。電容式電壓轉(zhuǎn)換器的電容部分主要由主電容器和屏蔽與地之間的電容組成。

3.3阻尼電阻故障

2019年11月18日，某220kV變電站220kV紅外溫度測(cè)量結(jié)果表明，電容式電壓互感器裝置總溫升高，平均溫度降低15℃，電容式電壓互感器是1995年的產(chǎn)品，在電源故障后進(jìn)行診斷測(cè)試：確定介電損耗和電容器容量數(shù)據(jù)。這表示電容器單元的正常操作，電磁單元的絕緣電阻和初級(jí)繞組的直流電阻，表明電磁單元絕緣是完好無(wú)損的。該裝置的阻尼比與標(biāo)稱(chēng)比率是沒(méi)有阻尼裝置的正常比率的1.08倍，并且電磁單元的空轉(zhuǎn)測(cè)試確定阻尼裝置對(duì)測(cè)試結(jié)果有很大影響。例如，當(dāng)在空載壓力下衰減時(shí)，空載電流迅速增加，并且無(wú)負(fù)載時(shí)空載損耗迅速增加。在50V電壓下，靜態(tài)電流為4.31A，損耗達(dá)到215.91W。在沒(méi)有阻尼壓力的情況下，電流均勻增加在相同的50V電壓下，靜態(tài)電流為0.093A，損耗僅為2.987W。阻尼后，具有阻尼性能的環(huán)氧樹(shù)脂氣缸具有強(qiáng)烈的燃燒痕跡。

4在維護(hù)和操作過(guò)程中需要了解的內(nèi)容

電壓控制裝置是由異常電壓引起的，因此要重點(diǎn)觀察電壓變化，防止電壓異常，當(dāng)電壓異常時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)該對(duì)次級(jí)電路進(jìn)行短路接地檢查，如同次級(jí)繞組短路接地，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器發(fā)生時(shí)，該轉(zhuǎn)換導(dǎo)致異常的相電壓，其次，檢查電壓轉(zhuǎn)換器接地是否良好，如果端子屏的接地異常，則分壓電容器異常，這不可避免地導(dǎo)致器件的異常電壓，這種情況異常也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電壓異常。當(dāng)電容式電壓互感器測(cè)量方法應(yīng)當(dāng)用作電容器C的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電壓C接近閾值時(shí)，以及電容器C1的主電容器C2的分壓，否則很容易導(dǎo)致誤報(bào)位置（例如，變壓器測(cè)試電壓互感器C）電容器初始值之間的差值為1.76%且不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，但是，在測(cè)量電容式電壓互感器后，主電容器C1的初始值差值達(dá)到2.23%，超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)值。可以容易地進(jìn)行用于測(cè)量電壓轉(zhuǎn)換器的錯(cuò)誤判斷。禁止使用“連接方法”在測(cè)試數(shù)據(jù)中作為“反向鏈接方法”增加了二次和接地容量，測(cè)量數(shù)據(jù)增加，可以通過(guò)初始值之間的差值計(jì)算設(shè)備的假狀態(tài)，一定不能將測(cè)量結(jié)果與銘牌直接比較（額定標(biāo)稱(chēng)容量，銘牌上標(biāo)明的實(shí)際值和計(jì)算值之間存在細(xì)微差別，該板必須分為主電容C1和分壓C2串聯(lián)后計(jì)算的數(shù)據(jù)相比，否則設(shè)備狀態(tài)可能被錯(cuò)誤地估計(jì)）。

5預(yù)防措施

每年必須檢查變壓器的入射避雷器，以便及時(shí)消除避雷器潛在的危險(xiǎn)。同時(shí)，有必要定期檢查高壓線(xiàn)避雷針線(xiàn)的使用性能，避免過(guò)電壓損壞高壓設(shè)備。避雷器在中壓變壓器的油箱中，在高壓中壓變壓器的接線(xiàn)柜中，在避雷器殼體外部。因此，避雷器一旦損壞，就可以在不打開(kāi)燃料箱的情況下容易地更換。經(jīng)過(guò)兩年的運(yùn)行，沒(méi)有發(fā)生故障，保證了電容式電壓互感器的正常操作使用。

6結(jié)語(yǔ)

電容式電壓互感器是變電站的重要設(shè)備之一。電網(wǎng)的安全需要依靠它的安全運(yùn)行操作。因此，制造商必須不斷提高設(shè)計(jì)和工藝水平，使用最好的原材料。電網(wǎng)維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電容式電壓互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)故障進(jìn)行分析研究，提出合理科學(xué)的處理意見(jiàn)，積極開(kāi)展實(shí)時(shí)檢測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)將電容式電壓互感器的故障率降到最低，確保電網(wǎng)安全。

參考文獻(xiàn)：

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