輸變電中電壓互感器故障分析

摘要：在使用電壓互感器的過(guò)程中，必須確保相位的正確性，保證接線極性的正確對(duì)應(yīng)，方可以確保其正常運(yùn)行。否則，一旦二次側(cè)發(fā)生短路，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)載阻抗為零，并且大量短路電流，會(huì)導(dǎo)致互感器發(fā)熱甚至燒毀。情況嚴(yán)重時(shí)，可能還會(huì)引發(fā)設(shè)備爆炸。為了能夠有效避免此類問(wèn)題的發(fā)生，本文從分析電壓互感器工作原理入手，研究了輸變電中電壓互感器常見(jiàn)故障類型，并針對(duì)故障分析方法及其注意事項(xiàng)進(jìn)行了相關(guān)探究，希望所提出的觀點(diǎn)與建議能夠?yàn)檩斪冸娭须妷夯ジ衅鞴收洗螖?shù)的減少做出積極貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：輸變電；電壓互感器；故障分析

電壓互感器是輸變電中的重要組成部分，也是電力系統(tǒng)輸送電能的關(guān)鍵設(shè)備之一。保證電壓互感器長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，并改善其運(yùn)行質(zhì)量，是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)此，有必要針對(duì)輸變電中電壓互感器常見(jiàn)故障問(wèn)題及其原因進(jìn)行探究，以便針對(duì)性地提出故障防范措施與排除方法。同時(shí)，還需要借助各項(xiàng)智能技術(shù)，從根本上監(jiān)測(cè)電壓互感器運(yùn)行質(zhì)量，為供電質(zhì)量提供有力保障。只有這樣，我們才能保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、電壓互感器工作原理分析

電壓互感器第一次線圈匝數(shù)較大，需接在可測(cè)高壓電上。第二次線圈匝數(shù)較小，需接在有電流的測(cè)量設(shè)備上以及繼電器壓力線圈上，在操作電壓互感器時(shí)，近乎處于空載狀況。另外，電壓互感器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下電阻極小。但是，一旦其副邊發(fā)生短路故障，電壓就會(huì)迅速擴(kuò)大，致使線圈遭到破壞。為了故障影響程度得到有效控制，在電壓互感器原邊接有熔斷器，并且保證副邊的可靠連接，避免原、副邊出現(xiàn)絕緣故障時(shí)，對(duì)人身安全和電氣設(shè)備造成危害。電壓互感器的工作原理是改變電路上的電流，這一點(diǎn)與變壓器較為相似，但二者的目的存在差異。變壓器轉(zhuǎn)換電流的目的是傳遞能量，所以電壓器的體積與運(yùn)行負(fù)荷均比較大。而電壓互感器改變電流的目的是給測(cè)量?jī)x器和繼電保護(hù)提供電能，其輸出功率最低時(shí)只有幾伏安，較高時(shí)僅達(dá)到數(shù)十伏安，最高情境下也不會(huì)超出一千伏安。所以，輸變電中電壓互感器在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有負(fù)荷小，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)[1]。

二、變電站中電壓互感器常見(jiàn)故障問(wèn)題

（一）電容單元絕緣部分被擊穿

在常規(guī)情況下，電壓互感器中的電容器負(fù)責(zé)承受大部分電流。但是，電容器的容量絕緣隔離區(qū)域非常容易被大電流穿透，而且一旦發(fā)生此類問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致電容器喪失承受大電流時(shí)的降壓功能。要想防范此類問(wèn)題，需要在選購(gòu)電壓互感器時(shí)，選擇具有較強(qiáng)絕緣隔離性能的電壓互感器。目前，市場(chǎng)上有一種有機(jī)綜合絕緣隔離油，通過(guò)使用它可以使電壓互感器的絕緣隔離功能獲得大幅度提升。此外，在選擇電壓互感器時(shí)，推薦選擇帶有包裝容器折線設(shè)計(jì)的電壓互感器產(chǎn)品。因?yàn)橥ㄟ^(guò)此項(xiàng)設(shè)計(jì)，可以大大減少生產(chǎn)電壓互感器過(guò)程中周圍環(huán)境當(dāng)中的電流，從而大幅降低電壓互感器中容量被大電流擊穿的可能性。

（二）電容末端接地接觸不良

在安裝變電站電壓互感器折過(guò)程中，時(shí)常因?yàn)橐恍┎灰?guī)范的作業(yè)行為，導(dǎo)致電壓互感器末端與大地之間產(chǎn)生電容。同時(shí)，還伴隨著高壓對(duì)土地放電的情況，由此產(chǎn)生高壓輻射。當(dāng)高壓輻射達(dá)到一定程度時(shí)，極易對(duì)電壓互感器中的電器元件造成損害，有些電壓互感器甚至因此失去作用功效。當(dāng)電流過(guò)高時(shí)，還存在較大的電容器爆炸隱患，這必然會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成巨大危害。

（三）電壓互感器過(guò)熱引發(fā)故障

在電壓互感器實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。當(dāng)電壓互感器長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部某些零件因無(wú)法承受高溫而損壞，甚至發(fā)生自燃、自爆。另外，如果電壓互感器過(guò)熱，還會(huì)給電力用戶安全用電構(gòu)成較大威脅，還會(huì)在一定程度上加大供電設(shè)備維修工作量，引發(fā)一系列不必要的損失。之所以會(huì)出現(xiàn)變電站電壓互感器過(guò)程這一現(xiàn)象，主要原因之一是電壓互感器中的電流過(guò)大，電流在經(jīng)過(guò)電源時(shí)，生成巨大的電流輸出熱量，如果這種熱量超出電壓互感器所能承受的范圍，就會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱造成零件破裂甚至自爆。

（四）器件存在漏油現(xiàn)象

有些變電站電壓互感器因?yàn)榈撞棵芊庑Ч患眩l(fā)內(nèi)部油箱漏油問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致空氣中的水分進(jìn)入到油箱內(nèi)部。一段時(shí)間之后，電壓互感器由于受到潮濕空氣的侵蝕作用，不僅運(yùn)行效率會(huì)明顯下降，還會(huì)對(duì)其正常應(yīng)用功能的發(fā)揮造成嚴(yán)重影響。當(dāng)漏油量達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致油箱內(nèi)部的油量低于下降，而本應(yīng)該浸泡在油液中的電容芯子則會(huì)發(fā)生脫油現(xiàn)象，使得電容板與斷面之間出現(xiàn)一定距離，從而引發(fā)放電現(xiàn)象，導(dǎo)致電壓互感器內(nèi)部的電容器被擊穿，這將對(duì)電壓互感器的準(zhǔn)確性造成嚴(yán)重影響。

（五）電子器件年久失修

有些輸變電電壓互感器電子元件由于年久失修，存在老化問(wèn)題，甚至有些電子元件由于老化程度嚴(yán)重，其功能瀕臨于失效。因?yàn)榇箅娏鲿?huì)對(duì)電壓互感器的內(nèi)部元件造成較大的功率影響，進(jìn)而加快其老化速度，而且損傷程度大，而且范圍較廣。而隨著運(yùn)行距離的增長(zhǎng)，并在大電流的影響下，對(duì)絕緣材料特性的表現(xiàn)也會(huì)有較大的變化。有些老化器件如何持續(xù)使用，就會(huì)出現(xiàn)高溫反應(yīng)，使得高壓變壓器處于高溫狀態(tài)下，這必然會(huì)造成巨大的安全隱患。

另外，在電壓互感器生產(chǎn)廠家在進(jìn)產(chǎn)品加工時(shí)，如果在密封環(huán)節(jié)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，便會(huì)導(dǎo)致電壓互感器在后續(xù)使用過(guò)程中出現(xiàn)受潮問(wèn)題，這一問(wèn)題必然會(huì)加快某些電子器件的老化速度。

（六）電磁單元發(fā)生故障

電磁單元由眾多元件構(gòu)成，不僅比較靈敏，還容易發(fā)生破碎，其中任意一個(gè)構(gòu)成元件發(fā)生問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電磁性單元出現(xiàn)故障。由于電磁單元是電壓互感器當(dāng)中的主要構(gòu)成設(shè)備，一旦其出現(xiàn)故障，必然會(huì)對(duì)電壓互感器的運(yùn)行效果造成嚴(yán)重影響。電磁性單元故障主要原因是電壓互感器長(zhǎng)期處于溫度、濕度過(guò)高的工作環(huán)境下，致使電磁性單元受潮，進(jìn)而對(duì)某些元件的繞組阻性造成負(fù)面影響，外加電磁性單元本身具有敏感性強(qiáng)、易損傷等特性，所以存在較高的故障幾率。另外，如果存在電磁單元搬運(yùn)方式不當(dāng)、存儲(chǔ)方式不合理等情況，也極易導(dǎo)致電磁單元破損。

三、電壓互感器故障防范措施

（一）加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)控管理

隨著電力電網(wǎng)建設(shè)范圍的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)的電壓互感器檢測(cè)方法已經(jīng)無(wú)法滿足供電系統(tǒng)發(fā)展要求。對(duì)此，有必要引進(jìn)最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和監(jiān)測(cè)儀器，構(gòu)建起動(dòng)態(tài)化、全過(guò)程監(jiān)測(cè)模式。比如采用紅外線成像儀對(duì)變電站電壓互感器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，再通過(guò)紅外線成像的方式，幫助監(jiān)測(cè)人員查看電壓互感器內(nèi)電子部件是否存在過(guò)熱現(xiàn)象。還可以運(yùn)用鐵磁諧振法，對(duì)電壓互感器制音電流情況、電壓互感器結(jié)構(gòu)中的鐵心飽和情況進(jìn)行測(cè)試；還可以建立起信息化系統(tǒng)平臺(tái)，針對(duì)電壓互感器維修工作進(jìn)行信息化管理。同時(shí)，借助信息技術(shù)對(duì)電壓互感器正常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在發(fā)生故障之前，能夠確保能夠第一時(shí)間識(shí)別到風(fēng)險(xiǎn)隱患。一旦監(jiān)測(cè)對(duì)象發(fā)生故障問(wèn)題，及時(shí)鎖定故障區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行智能化故障排查，將故障影響控制在最小范圍以內(nèi)。同時(shí)在信息化系統(tǒng)平臺(tái)的操作界面上，還要彈出提示框，將完整的故障信息呈報(bào)給工作人員，以便于及時(shí)開(kāi)展故障維修工作，確保輸變電中電壓互感器及相關(guān)供電設(shè)備的正常運(yùn)行[2]。

（二）注重器件性能提升與維護(hù)

要想保證變電站電壓互感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)工作人員要定期開(kāi)展電壓互感器日常測(cè)試工作。為了保證此項(xiàng)工作的有效性，需要確保以下幾個(gè)方面：

首先，測(cè)試人員要充分電壓互感器相關(guān)理論知識(shí)，全面了解電壓互感器內(nèi)在元器件的基本情況以其使用特性，并明確一些常見(jiàn)故障的形成機(jī)理，以便于在測(cè)試過(guò)程中及時(shí)察覺(jué)和排查故障隱患的同時(shí)，找到問(wèn)題的解決對(duì)策，從而確保故障因素的有效排除。

其次，電壓互感器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，雖然絕大多數(shù)元器件都處于獨(dú)立工作的狀態(tài)，但又涉及多個(gè)元器件的相互配合，最終形成整機(jī)，這就意味著任何一個(gè)元器件出現(xiàn)故障問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致電壓互感器整機(jī)發(fā)生故障。因此，在生產(chǎn)制造電壓互感器的過(guò)程中，務(wù)必嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)好元器件各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)要求。在產(chǎn)品出廠之前，做好質(zhì)量檢驗(yàn)工作，剔除掉不合格產(chǎn)品，確保元器件出廠時(shí)品質(zhì)全部檢驗(yàn)合格。

最后，在電壓互感器投入使用之后，需要相關(guān)人員針對(duì)所有設(shè)備元器件的運(yùn)行情況均給予持續(xù)性關(guān)注。依據(jù)不同元器件的特點(diǎn)，要制訂合理檢測(cè)周期，明確檢測(cè)目標(biāo)及檢測(cè)方法。在此環(huán)節(jié)中，要著重查看元器件是否存在潛在功能失效、故障隱患以及老化問(wèn)題。如果確認(rèn)存在上述問(wèn)題，要立即予以更換。如無(wú)需更換，則要采取正確方法對(duì)其進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，確保其各項(xiàng)功能的正常使用，從源頭上防范電氣設(shè)備故障，確保輸變電中電壓互感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）選用全密封型產(chǎn)品

為有效避免電壓互感器出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，必須采用金屬材料并按照全密封方式進(jìn)行生產(chǎn)加工。同時(shí)，供電企業(yè)在變電站的建設(shè)中，針對(duì)采購(gòu)環(huán)節(jié)要加大嚴(yán)管力度，確保從正規(guī)渠道采購(gòu)優(yōu)質(zhì)的電壓互感器及相關(guān)元器件，避免劣質(zhì)產(chǎn)品流入到電力施工環(huán)節(jié)，杜絕隱患。老舊互感器需要定期管理和更新，膠墊和橫膈膜也需要定期替換。如果橫膈膜上存有積水，需要測(cè)試其絕緣性并及時(shí)更換。而充氮?dú)饷荛]的電壓互感器則需要經(jīng)常性、常態(tài)化測(cè)試。對(duì)于絕緣性能不佳、密閉性較差的老舊互感器，可考慮分期分批逐步更新或進(jìn)行技術(shù)改造，以提升變電所和電壓互感品的穩(wěn)定性。但在改造過(guò)程中，需要按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，確保技術(shù)改造方案的先進(jìn)科學(xué)性與實(shí)用性，為技改效果提供可靠保障?？傊?，供電企業(yè)需要細(xì)心管理和耐心維護(hù)電壓互感器，從源頭上消除潛在隱患，確保設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，以保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

（四）避免元器件受潮

電壓互感器受潮的主要原因是設(shè)備密封不嚴(yán)，為此需要拆下油箱并排放被污染的油。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，首先需要采取有效的干燥措施，確保電壓互感器內(nèi)部的干爽程度。同時(shí)需要更換電容器絕緣油，確保相關(guān)設(shè)備絕緣效果符合要求。其次，需要對(duì)油箱進(jìn)行維護(hù)，防止出現(xiàn)漏油問(wèn)題并定期檢查設(shè)備的使用狀況和故障隱患，確保其絕緣性能可靠。最后，還需要注意檢查日常的油箱管理，對(duì)相關(guān)元器件進(jìn)行維修保養(yǎng)，避免出現(xiàn)螺絲、工作橡膠墊圈存在松動(dòng)問(wèn)題，以充分保障設(shè)備的長(zhǎng)期文段運(yùn)行。

（五）防止絕緣失效和電容被擊穿

在變電站電壓互感器運(yùn)行過(guò)程中，需要建立起完善可行的監(jiān)測(cè)制度。工作人員應(yīng)定期對(duì)電壓互感器運(yùn)行數(shù)據(jù)變動(dòng)情況進(jìn)行記錄，以便于發(fā)生突發(fā)情況時(shí)，能夠根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)對(duì)問(wèn)題原因加以分析，盡快提出有效的解決方案。另外，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)建立起一套數(shù)據(jù)庫(kù)，使工作人員便可以有針對(duì)性的制訂變電站電壓互感器的預(yù)防工作和防范措施，以有效保障電網(wǎng)安全。一旦出現(xiàn)故障，保護(hù)裝置會(huì)及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，提醒工作人員進(jìn)行故障處理，從而大大減少電網(wǎng)故障給電力用戶所帶來(lái)的損失的影響[3]。

（六）防范電容末端接地接觸不良

變電站工作人員要針對(duì)電壓互感器線路連接情況加大檢查力度，確保電壓互感器線路末端與大地連接狀態(tài)良好，消除相關(guān)隱患問(wèn)題。負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作的人員要全面掌握各類電壓互感器的接線方式或接地方法，同時(shí)具備較強(qiáng)的責(zé)任意識(shí)與崗位經(jīng)驗(yàn)，避免存在工作疏忽與質(zhì)量缺陷，以確保變電站以及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。變電所工作人員有必要編制一份極具指導(dǎo)意義的設(shè)備保養(yǎng)計(jì)劃，明確具體的工作內(nèi)容、進(jìn)度排期以及完成質(zhì)量。在保養(yǎng)過(guò)程中，要著重針對(duì)電壓互感器細(xì)節(jié)和容易疏忽的細(xì)節(jié)之處進(jìn)行檢查，采用信息技術(shù)針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，減少或避免突發(fā)狀況不會(huì)發(fā)生，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)對(duì)其進(jìn)行妥善處理，提高變電站和電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。

四、相關(guān)注意事項(xiàng)

電壓互感器出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員要第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)。首先查看后臺(tái)機(jī)的電壓狀態(tài)，之后再檢測(cè)是否存在油位上升、冒煙、燒焦跡象以及異響，基本鎖定故障位置。如果電壓互感器內(nèi)部沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何異常，可以使用萬(wàn)用表針對(duì)各組空開(kāi)二側(cè)電流情況進(jìn)行檢測(cè)。如果某相電流量值存在下降現(xiàn)象或者歸零，而開(kāi)口三角處顯示零序電壓，則要查看電壓互感器的端子箱線是否存在異常。通過(guò)上述故障檢測(cè)步驟，便可對(duì)電壓互感器的內(nèi)部問(wèn)題原因做出基本判斷，之后便可以制訂相應(yīng)的維修方案。

當(dāng)確認(rèn)故障后，要第一時(shí)間實(shí)施線路斷電處置，將故障影響控制在最小范圍以內(nèi)。輸變電中電壓互感器存在多種故障誘發(fā)因素，每一種因素引發(fā)的故障都具有不同的處理對(duì)策。比如電壓互感器因?yàn)槭艹币l(fā)故障，要優(yōu)先針對(duì)電子產(chǎn)品部件中的絕緣組件功能進(jìn)行檢測(cè)，找到受潮的部位，查明受潮的原因，之后再對(duì)電壓互感器中各無(wú)器件進(jìn)行電氣試驗(yàn)，針對(duì)發(fā)生故障的元器件進(jìn)行故障維修，當(dāng)確認(rèn)維修效果符合要求之后，方可再次投入使用，確保維修工作的有效性與高效性，從而為變電站的運(yùn)行質(zhì)量提供支持。

五、結(jié)束語(yǔ)

電壓互感器是220kV以上變電所電能供應(yīng)過(guò)程中的主要元件，常見(jiàn)故障問(wèn)題是影響變電站高效平穩(wěn)運(yùn)行的主要因素之一。為保證變電站各項(xiàng)設(shè)施的高效平穩(wěn)運(yùn)行，將電力能源安全送達(dá)千家萬(wàn)戶，有必要針對(duì)電壓互感器進(jìn)行綜合管理，制訂相應(yīng)的防范措施與維修技術(shù)方案，同時(shí)加強(qiáng)運(yùn)行維修管理，確保電壓互感器始終保持良好的運(yùn)狀態(tài)。對(duì)此，需要供電部門及相關(guān)工作人員增強(qiáng)提高責(zé)任意識(shí)，形成“預(yù)防為主、維修為輔”的管理思路，通過(guò)加強(qiáng)培訓(xùn)和技能提升，提高人員的專業(yè)素養(yǎng)和實(shí)戰(zhàn)能力，為變電站的安全運(yùn)行提供支持與保障。

作者單位：顧安娜 山東泰開(kāi)互感器有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]張楠林.電壓互感器故障引起全站失壓的事故分析和對(duì)策[J].四川水利， 2015，36（04）：66-67.

[2]譚力強(qiáng)，易仕敏，林少華.變電站高壓母線電壓互感器故障調(diào)度處理方法的探討[J].廣東電力，2012，25（01）：110-115.

[3]盧錦祥.輸變電中電壓互感器故障分析及解決措施[J].科技資訊，2009（04）：145.