電壓互感器常見故障分析及解決措施分析

江蘇常熟發(fā)電有限公司 朱小浩 李 軍 邱岸兵

電壓互感器作為一種特殊的電力變壓器，在當(dāng)前的發(fā)電廠中有著重要的作用，可將電網(wǎng)高電壓降低為變電站內(nèi)二次回路需要的低電壓，通過對(duì)其有效應(yīng)用及維護(hù)可使變電站的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。由于電壓互感器可能會(huì)產(chǎn)生一些故障問題，如果不能及時(shí)進(jìn)行維修，會(huì)對(duì)電廠的整體運(yùn)行產(chǎn)生影響，不利于變壓器的正常工作。因此，應(yīng)結(jié)合電壓互感器的常見故障問題進(jìn)行分析，采取有效的措施來解決故障，使其在電力系統(tǒng)中發(fā)揮出可靠的功能。

1 電壓互感器概述

電壓互感器中包括了鐵心、一次繞組、二次繞組及絕緣部分，可為變電站中的測量元件、信號(hào)元件等設(shè)備提供所需的電源。在電壓互感器運(yùn)行過程中，電壓互感器一次繞組與高壓側(cè)相互連接，二次繞組可通過并聯(lián)的方式與儀器之間連接起來。即使變電站主電路上的電壓比較高，但二次回路上電壓比較低，可使人員的安全得到有效的保障。電壓互感器根據(jù)原理可分成電磁感應(yīng)式及電容分壓式，其中電磁感應(yīng)式電壓互感器比部分在220kV及以下電壓等級(jí)的變電站中運(yùn)用，電容分壓式電壓互感器具有與電磁感應(yīng)式電壓互感器的功能，可將其作為耦合電容器來使用，并且滿足電力載波通信的需求。目前，在電壓互感器中，結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分成單相式及三相五柱式等[1]。

2 電壓互感器常見故障

2.1 諧振過電壓故障問題

諧振過電壓的時(shí)候，會(huì)使設(shè)備的絕緣性受到影響，諧振過電壓持續(xù)時(shí)間比較長的時(shí)候，由于電壓互感器中包含了鐵芯材料，受到磁化及電流關(guān)系的影響產(chǎn)生一定的變化，當(dāng)電壓升高，磁通也會(huì)上升。在電壓上升到了一定程度的時(shí)候，電壓會(huì)持續(xù)上升，磁通也會(huì)停止，這個(gè)時(shí)候鐵芯處于飽和情況中。在鐵芯飽和后，互感器二次輸出電壓波形會(huì)產(chǎn)生變化，勵(lì)磁電流會(huì)變大，導(dǎo)致絕緣被破壞，使設(shè)備無法正常使用。

2.2 串聯(lián)電容末端故障問題

在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，可能會(huì)產(chǎn)生電壓互感器電容器末端故障，當(dāng)沒有結(jié)合要求來進(jìn)行接地處理的時(shí)候，會(huì)使電壓互感器中的電容器末端與大地間構(gòu)成電容，還會(huì)使高壓電產(chǎn)生，導(dǎo)致對(duì)地發(fā)電的問題。這種輻射會(huì)使電壓互感器中的電子元件受到影響，使電壓互感器在使用過程中無法發(fā)揮出有效的作用。在電壓超過了一定范圍的時(shí)候，可能會(huì)引起電容爆炸的后果。

2.3 過熱故障問題

在電壓互感器工作中，會(huì)出現(xiàn)熱量過大的情況，當(dāng)溫度超出了電壓互感器的可承受范圍的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致電壓互感器部件被燒毀，還會(huì)造成爆炸問題，對(duì)變電站的整體運(yùn)行造成了不利，也無法保證供電的穩(wěn)定性及安全性，使變電站面臨著一定的損失問題。一般造成220kV變電站電壓互感器過熱故障問題的原因是電壓互感器的電阻過大，由于電阻是產(chǎn)生熱量的源頭，當(dāng)電壓互感器在運(yùn)行過程中帶動(dòng)電阻過大，經(jīng)過電流會(huì)帶來電阻熱的情況，進(jìn)而使電壓互感器溫度快速上升，造成了互感器的損壞后果[2]。

2.4 絕緣故障

電壓互感器作為一種半絕緣設(shè)備，其絕緣性能是影響電壓互感器效果的重要因素，當(dāng)電壓互感器制作工藝存在問題的時(shí)候，比如電壓互感器電容元件制作的環(huán)境不夠干燥，會(huì)使水分子滲入到電壓互感器電容元件之中，并且在電容元件縫隙中運(yùn)動(dòng)，會(huì)使電壓互感器的電容器件被高壓擊穿，并且使電壓互感器的絕緣性能降低，其無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，因此導(dǎo)致了故障問題。

2.5 老化故障問題

在電子元件中，老化故障問題比較常見，由于工作時(shí)間較長，電子元件使用中會(huì)出現(xiàn)損傷問題。電壓互感器受到了220kV高壓影響，會(huì)使內(nèi)部電力元件承受較大的電力壓力，這使電壓互感器的電力元件的老化速度加快，導(dǎo)致其損傷程度變大。同時(shí)，在工作時(shí)間增加的情況下，密封絕緣介質(zhì)的性能也會(huì)受到影響，如果老化的元件繼續(xù)工作，會(huì)帶來高溫反應(yīng)，使電壓互感器在高溫條件下產(chǎn)生故障問題。

3 電壓互感器故障解決方式

3.1 利用二次電壓輸出變化判斷故障

在220kV變電站中，電壓互感器運(yùn)行中會(huì)受到較多的因素的影響而產(chǎn)生故障問題?？刹扇∮行У姆绞絹眍A(yù)防互感器故障問題，經(jīng)過對(duì)互感器故障問題產(chǎn)生情況的分析可知，在二次電壓輸入產(chǎn)生變化的時(shí)候，會(huì)對(duì)電壓互感器故障進(jìn)行相應(yīng)的判斷及監(jiān)測。應(yīng)借助二次電壓輸電變化監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的判斷，可結(jié)合輸出電壓變化值來采集相應(yīng)的信息，判斷電壓變化值是否超出了電壓規(guī)定值，當(dāng)超出了的時(shí)候需要及時(shí)進(jìn)行處理，使電壓互感器的運(yùn)行更加安全可靠[3]。

3.2 設(shè)置電壓保護(hù)裝置

為了避免電壓互感器的電容單元絕緣擊穿問題產(chǎn)生，需要加強(qiáng)其預(yù)防。可在電壓互感器運(yùn)行過程中對(duì)電壓互感器的電壓變化進(jìn)行記錄，為電壓互感器故障判斷及維修提供相應(yīng)的參考依據(jù)，并且保證選擇的維修方式具有可靠性。在實(shí)際操作過程中，可選擇在電壓互感器中設(shè)置電壓保護(hù)裝置的方法，當(dāng)保護(hù)裝置發(fā)出了報(bào)警信息的時(shí)候，可使其得到及時(shí)的處理，避免產(chǎn)生安全問題。

3.3 正確進(jìn)行接地處理

需要對(duì)驗(yàn)收及排查工作加大力度，使電壓互感器的電容末端能夠與大地之間良好地接觸，不會(huì)對(duì)電壓互感器的使用產(chǎn)生影響。維修人員需要對(duì)不同類型的電壓互感器電容部分的接地形式進(jìn)行了解，能夠掌握其特點(diǎn)，可使接地方式的運(yùn)用具有合理性，并且對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的情況進(jìn)行檢查，避免其中存在隱患帶來影響。

3.4 借助紅外測溫設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測

鐵磁諧振會(huì)使一次繞組對(duì)二次繞組的絕緣性產(chǎn)生影響，造成避雷器被諧振過電壓擊穿的情況。應(yīng)對(duì)避雷器擊穿情況進(jìn)行分析，比如氧化鋅避雷器被擊穿的時(shí)候，限壓元件擊穿會(huì)使鐵磁諧振產(chǎn)生的概率提高；消諧器在吸入大量諧振能量之后會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，使油溫快速上升，并且對(duì)電壓互感器絕緣效果造成影響。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)紅外測溫設(shè)備的使用，使其實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓互感器設(shè)備運(yùn)行情況的監(jiān)控。

3.5 合理選擇熔斷器

在電壓互感器中可使用RN2熔斷器，熔斷器的熔絲為鎳鉻材料。通過對(duì)熔斷器的合理選擇可使其限制短路電流。通常常規(guī)熔斷器熔絲沒有限流及滅弧的作用，當(dāng)產(chǎn)生了故障問題的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致大范圍停電的后果?？墒褂檬⑸皝硖畛淙酃?，可達(dá)到良好的滅弧功能[4]。

4 電壓互感器應(yīng)用效果的措施

4.1 加強(qiáng)設(shè)備元件設(shè)計(jì)

電壓互感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括了較多的設(shè)備，當(dāng)任何一個(gè)設(shè)備產(chǎn)生了故障會(huì)使電壓互感器出現(xiàn)故障，同時(shí)，電壓互感器結(jié)構(gòu)維修難度比較高，對(duì)維修人員提出了相應(yīng)的要求。要想使電壓互感器的維護(hù)工作順利進(jìn)行，降低維修的難度，需要結(jié)合電廠的實(shí)際需求來對(duì)電壓互感器進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到改善，可為維修工作的進(jìn)行帶來幫助。電壓互感器生產(chǎn)商需通過與電壓互感器設(shè)計(jì)人員及發(fā)電廠之間的聯(lián)系，使設(shè)計(jì)人員能夠明確電廠的設(shè)計(jì)需求，為電壓互感器的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的參考依據(jù)，幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)電壓互感器進(jìn)行有效的改善。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在開展電壓互感器設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的時(shí)候，需要加強(qiáng)對(duì)新材料的使用，可使電壓互感器的使用效果加強(qiáng)，并且使其性能更加穩(wěn)定可靠。

4.2 落實(shí)設(shè)備檢修工作

為了使電壓互感器能夠維持良好的狀態(tài)，檢修人員應(yīng)落實(shí)對(duì)電壓互感器的日常檢修工作，使其功能得到有效保障。通過檢修對(duì)電壓互感器的檢修，可發(fā)現(xiàn)其中的問題，及時(shí)采取措施解決。要去人員應(yīng)充分了解電壓互感器的原理，對(duì)其內(nèi)部的元件情況有所掌握，可結(jié)合電壓互感器的情況來制定相應(yīng)的維修方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓互感器的全面檢查。在電壓互感器產(chǎn)生了故障問題的時(shí)候，對(duì)其故障情況詳細(xì)分析，明確維修措施。電壓互感器中的元件雖然獨(dú)立運(yùn)行，但是可形成一個(gè)整體，當(dāng)元件產(chǎn)生了問題，會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行。在檢修工作中，需要結(jié)合設(shè)備元件的特點(diǎn)來制定合理的檢修方案，排查可能影響互感電壓器狀態(tài)的隱患問題，并且及時(shí)安排人員來進(jìn)行維修，對(duì)老化的設(shè)備元件進(jìn)行更換處理，可避免設(shè)備元件在運(yùn)行過程中產(chǎn)生問題。

4.3 嚴(yán)格規(guī)范設(shè)備生產(chǎn)

電壓互感器作為變電站中的重要部分，性能影響著變電站工作效率，為了保證變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)對(duì)電壓互感器使用性能提出相應(yīng)的要求。相關(guān)部門可制定完善的法律規(guī)定，使電壓互感器的生產(chǎn)得到全面的規(guī)范，保證其質(zhì)量及性能[5]。電壓互感器自身的結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜的特點(diǎn)，在檢修工作中涉及的內(nèi)容比較多，這使故障檢測的效率受到了一定的影響。當(dāng)對(duì)電壓互感器開展檢修的時(shí)候，對(duì)人員資源的安排也影響著實(shí)際的效果。電壓互感器廠商需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)定來實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓互感器的優(yōu)化及改進(jìn)，考慮到制造過程中的細(xì)節(jié)，可使電壓互感器的質(zhì)量得到有效的保障，降低電壓互感器產(chǎn)生故障的可能性，使電壓互感器的運(yùn)行更加可靠。在電壓互感器發(fā)生了問題后，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膽?yīng)用標(biāo)準(zhǔn)來選擇適合的電壓互感器，對(duì)使用的伏安特性比較差、容易飽和的環(huán)氧樹脂澆注絕緣電壓互感器進(jìn)行更換，使用三相五柱式油絕緣電壓互感器可保證其性能穩(wěn)定性。同時(shí)，需要使電力系統(tǒng)中的電壓互感器得到全部更換才可達(dá)到更好的效果，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供保障。

5 電壓互感器故障解決案例

5.1 故障判斷

某供電企業(yè)人員對(duì)變電站進(jìn)行紅外測溫狀態(tài)檢修工作的時(shí)候發(fā)現(xiàn)某段無線PTB相電磁單元溫度比較高，結(jié)合外部溫度的情況進(jìn)行分析，自身溫度超出了正常的范圍，參考相關(guān)規(guī)定對(duì)其溫度比較后，使用綜合致熱型設(shè)備判斷的方式來判斷電磁單元，發(fā)現(xiàn)電壓互感器有著嚴(yán)重過熱的問題，人員通過對(duì)母線PT進(jìn)行取油并且開展實(shí)驗(yàn)測試。在測試中，結(jié)合三相油色譜測試得到的結(jié)果來分析發(fā)現(xiàn)其超出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)B相色譜實(shí)驗(yàn)利用三比值法、特征氣體法來進(jìn)一步分析可知，使用特征氣體法可發(fā)現(xiàn)B相的PT總烴比較高，乙炔含量要超出總烴，乙炔站6%的比例，氫氣占?xì)錈N25%的比例?？赏ㄟ^該方式判斷出B相電壓互感器的內(nèi)部有著比較嚴(yán)重的過熱情況。通過對(duì)三比值法的運(yùn)用以及編碼規(guī)則可判斷出電壓互感器內(nèi)部存在著嚴(yán)重的過熱問題。經(jīng)過對(duì)三比值法、特征氣體法來進(jìn)行檢驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)B相電壓互感器內(nèi)部存在嚴(yán)重過熱現(xiàn)象。通過對(duì)該情況的詳細(xì)分析，其可能由引線夾件螺絲松動(dòng)、繞組閘間短路等因素引起。利用三比值法來分析可判斷電壓互感器油中水分存在著超標(biāo)的情況，同時(shí)內(nèi)部有著受潮的問題。

5.2 原因分析

內(nèi)部受潮是由于取油口以及出油口在取油后沒有得到有效的密封，這使機(jī)器在運(yùn)行過程中外部的潮氣、雨水可通過縫隙進(jìn)入到電壓互感器之中。設(shè)備過熱情況受到了多種因素的影響，例如鐵芯飽和繞組匝間短路等。需要通過對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際情況的詳細(xì)分析來進(jìn)一步判斷，經(jīng)過對(duì)電壓互感器的解體情況的判斷可知，過熱情況會(huì)使中間變壓器繞組絕緣線路老化問題加劇，影響了其性能，結(jié)合相關(guān)的維修資料進(jìn)行分析，電壓互感器在以往經(jīng)歷過維修，將取油口打開進(jìn)行取油的時(shí)候沒有及時(shí)地對(duì)取油口進(jìn)行修復(fù)，會(huì)使電磁單元被潮氣、雨水影響，在水長時(shí)間混合的情況下，產(chǎn)生油污附著在外部金屬元件上，會(huì)使外部引線絕緣性受到影響，難以保證元件的正常運(yùn)行，對(duì)設(shè)備整體造成了影響。因此，需要結(jié)合該故障問題采取有效的方式進(jìn)行維修[6]。

5.3 維修方案

對(duì)于過熱的問題，在設(shè)備投入使用前，應(yīng)在其注油口及取油口部分涂抹上硅酮膠，并且將設(shè)備密封好，避免空氣中的水分及雨水進(jìn)入到注油口中，保證設(shè)備內(nèi)部電子元件的性能。在運(yùn)行過程中，應(yīng)停電對(duì)注油口進(jìn)行檢查，保證設(shè)備狀態(tài)正常，并且完成密封處理，使其符合要求后才可使用。