220 kV變電站電壓互感器的常見故障及原因分析

潘楠

摘 要：文章基于220 kV變電站電壓互感器展開分析，首先對電壓互感器的應用情況作一概述，然后對220 kV變電站中所用電壓互感器的常見故障以及故障原因進行探討，最后提出幾點科學、有效、合理的故障處理對策。

關鍵詞：220 kV；變電站；電壓互感器；常見故障；原因

中圖分類號：TM451 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0088-02

我國當前投運在產的220 kV變電站（主要為雙母線接線方式的變電站）中，線路保護用電壓量都源自于母線電壓互感器，具有二次并列切換回路。

通過運行現狀分析可見，這種雙母線接線方式的變電站可以起到節約投資的作用，但同時其也容易出現二次電壓異常等故障現象，進而對電網的穩定、可靠、安全運行造成影響。

為保證電壓互感器在220 kV變電站的應用效果，在實際的運行維修中，必須采取有效的措施對防范電壓互感器的各種故障。

1 電壓互感器的概述

1.1 電壓互感器概念

電壓互感器（PT）與變壓器原理一樣，都是用來變換線路上壓電的裝置，但電壓互感器的容量相較要小很多。電壓互感器主要是將電網電力系統高電壓變換成標準低壓，供測量儀表與繼電保護裝置供電所用。電壓互感器與繼電保護裝置常常配合使用，可以起到保護電力系統的作用。

1.2 電壓互感器原理

電壓互感器屬于一個帶鐵心的變壓器，該裝置的主要組成部分包括鐵心、絕緣、一次與二次線圈。

其使用原理為：在一次繞組上施加電壓U1，使鐵心產生磁通，基于電磁感應定律，其便可以在二次繞組中產生二次電壓U2，從而使一次（或二次）繞組的匝數改變，最終產生不同的一次電壓與二次電壓比。

2 220 kV變電站電壓互感器常見故障及原因

隨著智能化電網的發展，電壓互感器已成為10 kV、35 kV、110 kV、220 kV等變電站中不可缺少的裝置之一。

電壓互感器又可根據原理不同分為電容電壓互感器與電磁電壓互感器兩種，電容電壓互感器與電磁電壓互感器相比，前者所具有的耐壓水平高、絕緣性能佳、生產成本低、不易產生諧振等優點，在電力系統中的應用更加廣泛。

但通過長期應用也發現，電容式電壓互感器發生故障比較頻繁，尤其是近年來隨著傳統電網朝著智能電網的方向改變，以及用電負荷的逐年增加，更加凸顯出變電站電容式電壓互感器的故障問題。

以220 kV高壓變電站為例，其中電壓互感器的最常見故障有下面幾類。

2.1 絕緣故障及原因

2.1.1 絕緣故障

通過分析現狀分析，我國很多電網220 kV變電站所配電壓互感器均屬于半絕緣結構，因為此種電壓互感器具有體積小、成本低、質量輕等優勢，很受電網公司青睞。

但在長期運行過程中也發現，此類電壓互感器容易出現絕緣故障，最終引起供電事故，給電網運行的安全、穩定、可靠造成極大危害。

2.1.2 絕緣故障原因分析

導致電壓互感器絕緣故障的原因大多為電容單元潮濕、干燥不徹底等，受潮后水分子在絕緣紙內層上越積越多且不斷運動，最終會造成絕緣擊穿。

2.2 過熱故障及原因

2.2.1 過熱故障

過熱故障也是220 kV變電站電壓互感器在運行最為常見的故障之一，當電壓互感器本體（電磁單元）超出環境溫度太多且未及時發現時，很有可能導致該裝置被燒毀、爆炸，給變電站的正常運行帶來影響。

2.2.2 過熱故障原因分析

導致電壓互感器過熱故障的原因諸多，最常見的原因為局部過熱和熱老化。

例如，多種因素導致流過電阻的電流過大，發熱功能越大，長此以往便會導致油箱底部的油溫上升，使絕緣油在高溫下裂解，產生大量氣體，導致過熱，最終引起一系列的過熱故障。

2.3 組件故障及原因

2.3.1 組件故障

組件主要是指組件質量不佳造成的故障問題，例如，電壓互感器在組裝時因工藝不達標，出現零部件、連接組件脫焊、虛焊等問題，或者在運輸、儲存途中因震蕩導致組件破損、松動、脫落。

2.3.2 組件故障原因分析

當電壓互感器組件出現故障時，會造成局部放電、融蠟、絕緣物質劣化等問題，影響220 kV變電站的正常運行。

2.4 漏油故障及原因

2.4.1 漏油故障

220 kV變電站電壓互感器發生漏油問題后，會通過與空氣間的相互作用將潮氣吸入到油箱內部，導致裝置受潮，影響正常使用。若漏油比較嚴重，會使油箱的油位下降，使得電容芯子出現浸油不佳問題，從而因端面、電容板間的氣體縫隙發生放電現象、局部內原件擊穿等事故。

2.4.2 漏油故障原因分析

漏油故障的發生，主要是由于電壓互感器的底部由于密封不良而導致的。

2.5 老化故障及原因

電壓互感器的老化故障，顧名思義，即是指裝置在使用一段時間后，由于其長期與壓力對抗，導致各部件老化，密封的絕緣介質性能下降，出現損耗及發熱上升問題，成為電壓互感器各種故障發生的導火索。

3 關于220 kV變電站電壓互感器故障的預防對策

3.1 加強電壓互感器的檢查與監測

通過對220 kV變電站電壓互感器的整體使用情況分析，該裝置發生故障的頻率比較高，且故障的表現形式、故障原因也是多種多樣。但萬變不離其宗，總體而言，電壓互感器故障的發生主要與材料、工藝、運行維護三方面有關。基于這一特點，在220 kV變電站的運行中，加強對電壓互感器的監測工作也十分重要。

3.1.1 制定詳細、規范的監測方案

依照相關規定，做好電壓互感器的運行維護與定期檢測工作，同時建立電壓互感器定期大修制度，嚴格按照制度要求定期對變電站電壓互感器進行全面的檢測與維護，通過測試電壓互感器的特性與各部件絕緣情況，了解裝置運行現狀，并針對問題早期進行處理。

3.1.2 做好細節檢查工作

在220 kV變電站電壓互感器運行中，任何細小的變化都有可能導致故障的發生，檢查維護人員必須提高警惕，做好細節檢查工作，對于裝置任何細小的變化都應該進行分析，以排除故障。

3.1.3 先進檢查監測設備的應用

隨著電網系統的愈加復雜，傳統僅憑經驗判斷、肉眼觀察的檢查監測方法已難以滿足當下需求，因此，各種先進檢測監測技術設備的應用已是必不可少。

例如對紅外成像儀的應用，通過電壓互感器紅外成像，便可快速觀測到電磁單元內部是否存在異常發熱情況。

再如，例如鐵磁諧振技術對電壓互感器進行試驗，可以準確獲知阻尼電阻的性能及中間變壓器的鐵心是否容易飽和等信息。

3.2 合理利用二次電壓輸出變化判斷故障

大量的故障資料分析發現，當220 kV變電站電壓互感器發生故障時，通常二次電壓輸出也隨之會發生變化。

基于這一特點，我們還可利用二次電壓輸出變化這一特點，來判斷和監測電壓互感器故障。

本次研究，將7起220 kV變電站電壓互感器故障引起的二次電壓輸出變化資料進行綜合分析，結合變電站的二次電壓普測結果，計算出二次電壓輸出的定值，若二次輸出電壓變化值超出此范圍，則需注意是否發生電壓互感器故障見表1。

3.3 針對性處理對策的應用

220 kV變電站電壓互感器故障類型不同，所選處理對策也需具有針對性、合理性。

3.3.1 受潮故障處理

針對電磁單元受潮所引起的故障，應該先檢測電磁單元的絕緣電阻，最好能加測介質損耗因數，以了解具體原因，然后拆開電磁單元與分壓部分，將其均放入烘箱中（烘箱溫度設置為100 ℃）連續烘烤72 h，進行電氣試驗，待合格后再更油油箱內油，組裝后再次進行油氣試驗，合格后方能繼續使用。

3.3.2 滲漏油故障處理

出現滲漏油故障時，先進行電磁損耗因數與電容量測量，若發現超標需立即退出運行并更換電容單元。

3.3.3 過熱故障處理

主要采用紅外測溫法檢測各電容單元的溫度，正常情況時三相均一致，若三相中同一位置紅外測溫存在溫度差，需立刻停電進行檢查、試驗并處理。

3.3.4 其他故障

其他還有老化故障等等，可通過更換電壓互感器、更換組件的方式來處理。

4 220 kV變電站電壓互感器故障及處理的實例

為進一步分析220 kV變電站電壓互感器的故障及處理對策，文章以某故障為實例，就此展開如下論述。

4.1 基本資料

2014年11月，某220 kV變電站經例行檢查發現，其中的A相電容式電壓互感器二次繞組沒有電壓輸出。此裝置已投入使用三年，在2012年、2013年進行檢查與各項試驗時均未發現有故障問題發生。

4.2 試驗測試

本次發現異常后，立即對裝置進行試驗測試，包括電容單元介質損耗及容量測試、二次繞組對地絕緣電阻測試、各分壓電容對地絕緣電阻測試、電磁單元油色譜與水分分析、二次繞組直流電阻測試等等，觀察各項測試結果均未發現異常狀況。

4.3 解體檢查

然后再對該裝置進行解體檢查，解體發現，此電壓互感器油箱內絕緣油十分渾濁，且散發出一種焦味，油箱底部有大量的水積聚，相關部件出現明顯銹蝕，存在放電、過熱、銹蝕問題。

4.4 原因分析

分析故障原因，主要為電壓互感器電磁單元密封不嚴，致使長期受潮進水，加之絕緣本身劣化，導致絕緣被擊穿，出現故障。

4.5 處理對策

①加強裝置本身質量把關，選擇信譽高的廠家，使用前需做好各項試驗檢查。

②立即進行裝置更換，以保證變電站運行的正常性。

③對電壓互感器故障問題作進一步研究，深入分析故障原因，制定相關的標準規范，以促進電壓互感器的合理使用。

5 結 語

220 kV變電站電壓互感器故障千變萬化，作為維修檢查人員，必須有豐富的經驗，具備專業知識與技術能力，并能夠靈活應用，準確了解故障原因，才能為有效處理故障打好基礎。

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