一起110 kV電容式電壓互感器故障分析與判斷

石偉

摘 要：電容式電壓互感器是在電容套管電壓抽取裝置的基礎(chǔ)上研制而成的，一般用于110 kV及以上系統(tǒng)。與電磁式相比除具有互感器的作用外，其分壓電容兼作耦合電容器，同時(shí)具有沖擊絕緣強(qiáng)度高、制造簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、經(jīng)濟(jì)性顯著等優(yōu)點(diǎn)。文章簡(jiǎn)要介紹了電容式電壓互感器的基本原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并對(duì)其在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)的一起110 kV電壓互感器故障進(jìn)行了分析與判斷。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；故障；分析；判斷

中圖分類號(hào)：TM45112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）14-0092-02

1 電壓互感器的作用

電壓互感器是發(fā)電廠、變電站等輸、配、供電系統(tǒng)不可缺少的一種電器。電壓互感器和變壓器作用相似，都是用來(lái)變換線路上的電壓，而電壓互感器變換電壓的目的不像變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，主要是給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線路的電壓、功率和負(fù)荷，或者用來(lái)在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的電氣設(shè)備，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾至幾十伏安，最大也不超過(guò)1 kVA。

在線路上接入電壓互感器變換電壓，那么就可以把線路上的高壓電壓，按相應(yīng)的比例，統(tǒng)一變換為一種或幾種低壓電壓，例如通用的電壓為100 V的儀表，就可以通過(guò)電壓互感器，測(cè)量和監(jiān)視線路上的電壓。

2 電容式電壓互感器簡(jiǎn)介

電容式電壓互感器（CVT）是通過(guò)電容分壓把高電壓變換成低電壓，再經(jīng)中間變壓器提供給計(jì)量、繼電保護(hù)、自動(dòng)控制、信號(hào)指示。CVT還可以將載波頻率耦合到輸電線路用于通信、高頻保護(hù)和遙控等。

因此與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，還具有體積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低等特點(diǎn)，還可用于電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)，因此在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

3 電容式電壓互感器工作原理

電容式電壓互感器從中間變壓器高壓端處把分壓電容分成兩部分，一般稱下部電容器的電容為C2，上部的電容器串聯(lián)后的電容為C1，則外加電壓為U1時(shí)，電容C2上分得的電壓U2為：

U2= （C1/ C1+ C2） U1

調(diào)整C1和C2的大小，即可得到不同的分壓比。

為保證C2上的電壓不隨負(fù)載電流而改變，串入一適當(dāng)?shù)碾姼校措娍蛊鳌?/p>

當(dāng)把電抗器的電抗調(diào)整為：

ωL=1/ω（C1+ C2）

時(shí)，即電源的內(nèi)阻抗為零，并經(jīng)過(guò)中間變壓器降壓后再接表計(jì)，二次側(cè)的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)中間變壓器變換就可以大大減少，電容式分壓器的輸出容量將不受測(cè)量精度的限制。電容式電壓互感器原理接線圖，如圖1所示。

4 電容式電壓互感器和電磁式電壓互感器的區(qū)別

4.1 電磁感應(yīng)式電壓互感器

基本結(jié)構(gòu)也是鐵心和原、副邊繞組。工作原理與變壓器相同，容量很小且比較恒定，正常運(yùn)行時(shí)接近于空載狀態(tài)。由于本身的阻抗很小，一旦副邊發(fā)生短路，電流將急劇增長(zhǎng)而燒毀線圈。

因此，電壓互感器的原邊通常接有熔斷器，副邊則有一點(diǎn)可靠接地，避免當(dāng)繞組絕緣損毀時(shí)，副邊出現(xiàn)對(duì)地高電位而造成人身和設(shè)備事故。

正常運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)的三相電壓對(duì)稱，副邊第三線圈上的三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和為零。一旦發(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移，開口三角的端子間就會(huì)出現(xiàn)零序電壓使保護(hù)動(dòng)作，從而對(duì)電力系統(tǒng)起保護(hù)作用。線圈出現(xiàn)零序電壓則相應(yīng)的鐵心中就會(huì)出現(xiàn)零序磁通。所以，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心或采用三臺(tái)單相電壓互感器。電磁感應(yīng)式電壓互感器的等值電路與變壓器的等值電路相同。

4.2 電容分壓式電壓互感器

在電容分壓的原理上制造。電容C1和C2串聯(lián)，U1為原邊電壓，為C2上的電壓。在電容C2兩端并聯(lián)一帶電抗的電磁式電壓互感器YH，組成電容分壓式電壓互感器。YH有兩個(gè)副繞組，第一副繞組可接補(bǔ)償電容Ck供測(cè)量?jī)x表使用；第二副繞組可接阻尼電阻Rd，用以防止諧振過(guò)電壓。

電抗可補(bǔ)償電容器的內(nèi)阻抗，電容式電壓互感器用英文字母簡(jiǎn)稱為CVT。CVT多與電力系統(tǒng)載波通信的耦合電容器合用，以降低造價(jià)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)。

5 設(shè)備情況

220 kV劉堯變電站110 kVI母電壓互感器，系錦州電力電容器有限公司（原錦州電力電容器廠）生產(chǎn)的TYD110/√3-0.02H型電容式電壓互感器，1999年8月出廠，1999年12月投入運(yùn)行。

6 故障發(fā)現(xiàn)情況

2014年9月22日13：30分，220 kV劉堯變電站值班人員發(fā)現(xiàn)110 kVI母C相電壓互感器二次無(wú)電壓，立即匯報(bào)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，隨后改變運(yùn)行方式將IⅡ段母線并列運(yùn)行并將110 kVI母電壓互感器停電退出運(yùn)行。

7 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

2014年9月23日變電運(yùn)檢室電氣試驗(yàn)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)110kVI母C相電壓互感器進(jìn)行了檢查試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)如下。

7.1 測(cè)試環(huán)境

天氣：多云；

大氣溫度：30 ℃；

濕度：55%

7.2 絕緣電阻

上節(jié)主電容C1一次對(duì)地：20 000 MΩ；

分壓電容C2末端δ對(duì)地：23 000 MΩ；

二次繞組對(duì)地：260 MΩ；

7.3 直流電阻

af、xf：0.1 066 Ω；

a1、x1：0.01 471 Ω；

a2、x2：0.01 628 Ω。

7.4 介損及電容量測(cè)試

①自激法測(cè)量主電容C1和分壓電容C2的C和tanδ：無(wú)法測(cè)出。

由中間變二次繞組af、xf勵(lì)磁加壓，中間變一次繞組尾端E點(diǎn)接地，分壓電容C2末端“δ”點(diǎn)接介損電橋高壓端，主電容C1高壓端接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV。

②反接線測(cè)量中間變的C和tanδ。

98140PF/5.098%。將C2末端δ與C1首端相連，中間變一次繞組尾端E點(diǎn)懸空，中間變各二次繞組均短接接地用介損電橋反接線測(cè)試，加壓2 kV。

③正接線測(cè)量主電容C1的C和tanδ：0.051PF/-11473%。

主電容C1高壓端接介損電橋高壓端，分壓電容C2末端“δ”點(diǎn)接地，中間變一次繞組尾端E點(diǎn)接地。中間變各二次各繞組首尾相連接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV。

正接線測(cè)量分壓電容C2的C和tanδ：20660PF/21.16%（主電容C1高壓端接地，分壓電容C2末端“δ”點(diǎn)接介損電橋高壓端，中間變一次繞組尾端E點(diǎn)接地。中間變各二次各繞組首尾相連接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV）。

8 分析與結(jié)論

電氣試驗(yàn)人員在進(jìn)行了絕緣電阻和直流電阻試驗(yàn)后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)，在用自激法測(cè)量主電容C1和分壓電容C2的C和tanδ時(shí)，無(wú)法升壓，儀器顯示回路斷線，試驗(yàn)人員隨后用反接線測(cè)試中間變的C和tanδ，證實(shí)中間變完好，故障點(diǎn)在主電容C1和分壓電容C2上；試驗(yàn)人員遂采取正接線方法分別對(duì)主電容C1和分壓電容C2進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)主電容C1電容量為0.051PF，tanδ為-11473%。于是判定主電容C1擊穿，造成C相電壓互感器二次無(wú)電壓顯示。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員職業(yè)能力培訓(xùn)教材.電氣試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.