一例110 kV電容式電壓互感器過熱異常故障淺析

董騰垚，張 弛，王成智，童 歆

(1.國網湖北省電力公司十堰供電公司，湖北 十堰 442000；2.國網湖北省電力公司，湖北 武漢 430077；3.國網湖北省電力公司電力科學研究院，高壓電氣設備現場試驗技術國網重點實驗室，湖北 武漢 430077)

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）是由電容分壓器和中壓電磁單元組成的具有獨特結構的一種電氣設備，能夠兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中耦合電容兩種設備的功能，具備良好的瞬變響應特性。因此，近年來電容式電壓互感器廣泛運用于電力系統中。但由于結構原因，電磁單元體積較小，絕緣距離較小，不同生產廠家裝配工藝參差不齊，容易導致CVT發生故障。常見的CVT故障有分壓電容器損壞、中間變壓器損壞和補償電抗器損壞等。若不及時處理，不僅會影響測量，嚴重會引起噴油、起火、保護誤動等事故。

本文介紹十堰某變電站110 kV電容式電壓互感器過熱故障、診斷分析情況和處理方法。

1 電容式電壓互感器原理

電容式電壓互感器為組合式單柱結構，由電容分壓器和中壓電磁單元組成。電容分壓器由高壓電容C1和低壓電容C2構成，利用電容分壓后通過套管接入電磁單元。電磁單元包括中壓變壓器、補償電抗器、阻尼裝置等。電容式電壓互感器電氣原理圖如圖1所示。

圖1 110 kV電容式電壓互感器原理接線圖Fig.1 Wiring diagram of 110 kV capacitive voltage transformer

由圖1可知，正常運行時，CVT承受系統電壓，經高壓電容C1和低壓電容C2分壓后，通過中間變壓器降至100 V或100/√3 V供給計量儀表和繼電保護裝置。

2 故障經過

2017年4月3日，十堰供電公司運維人員巡視某變電站時，發現34開關保護裝置報TV斷線故障。二次檢修班到現場進行檢查，該間隔110 kV電容式電壓互感器外觀完好，無異常聲響。根據《DL/T 393-2010輸變電設備狀態檢修試驗規程》的要求，現場帶電測量兩組二次電壓線圈的輸出電壓，其輸出電壓分別為9 V和4.7 V，遠小于正常運行電壓100 V和V，與CVT后臺監控設備發出失壓報警一致。隨后，對該帶電間隔進行紅外精確測溫，柏34線路電壓互感器A相油箱本體溫度比B相和C相相同部位高16℃，如圖2所示。

確認故障后，運維人員根據地調命令將柏34開關及線路轉檢修，更換故障相電壓互感器。

3 故障分析

3.1 現場試驗

根據《DL/T 393-2010輸變電設備狀態檢修試驗規程》的要求，對于存在異常的電容式電壓互感器可開展電容單元的電容值和介質損耗測量試驗、電磁單元絕緣電阻測量、電磁單元絕緣油試驗等。

圖2 CVT紅外測溫圖Fig.2 CVT infrared thermometer

（1）絕緣油試驗

從電容式電壓互感器的油箱中取絕緣油樣，進行絕緣油含氣量成分分析試驗、油中含水量試驗和油耐壓試驗。

《DL/T 393-2010輸變電設備狀態檢修試驗規程》中規定，110 kV設備絕緣油耐壓警示值為35 kV，220 kV及以下設備絕緣油中含水量應不大于25 mg/L。試驗測得該電壓互感器絕緣油含水量為38.2 mg/L，絕緣油耐壓為24.7 kV，均超過標準值。

該電容式電壓互感器絕緣油含氣量成分試驗結果如表1所示。按照《DL/T 722-2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》的要求，110 kV及以上電壓互感器乙炔含量的注意值為≤3 μL/L，氫氣含量的注意值為≤150 μL/L。根據表1測試數據發現，該電容式電壓互感器絕緣油中H2、乙炔和總烴含量已嚴重超標。利用“三比值”法可判斷油中放電類型，根據表1的油色譜數據計算其“三比值”為（1，0，1）。根據《DL/T 722-2014變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，可判斷該油樣中存在電弧放電故障，且放電時間較長。

綜合絕緣油試驗結果，可以判斷該電容式電壓互感器絕緣油已嚴重劣化，該設備內部存在明顯的放電現象。

表1 故障相CVT絕緣油色譜測試結果Tab.1 Test results of fault phase CVT oil chromatogram

（2）電容值測量

當電容式電壓互感器電容單元存在故障時，部分串聯電容被擊穿，導致其分壓比發生變化，其輸出電壓異常。將故障相電容式電壓互感器的電容單元和電磁單元分離，測量電容單元的高壓電容C1和低壓電容C2，其試驗結果如表2所示。

表2 故障相CVT電容測試結果Tab.2 test results of fault CVT capacitor test results

由表2可知，測試結果與出廠值一致，因此該故障相CVT電容單元無異常。

（3）絕緣電阻測量

測量電容式電壓互感器電磁單元的絕緣電阻，其測量結果如表3所示。

表3 故障相CVT絕緣電阻測試結果Tab.3 Test results of fault phase CVT insulation resistance

由表3可知，電磁單元一次繞組已短路接地，存在絕緣故障，電磁單元二次繞組對地絕緣良好。

3.2 解體分析

對故障的電容式電壓互感器進行解體檢查，發現CVT油箱密封條卡槽加工不良，密封失效，潮氣侵入。油泵抽出CVT油箱內絕緣油后，底部少量油狀液體流出，缸壁存在大量裹油水珠，油箱底部有水分聚集，如圖3所示。

圖3 CVT油箱密封不良Fig.3 The tank of CVT poorly sealed

電容式電壓互感器油箱內部受潮后，絕緣油劣化，造成電磁單元一次繞組絕緣性能較低，進而發生短路接地故障。由于油箱內存在接地點，因此絕緣油溫度升高，油中H2、乙炔含量增大，與試驗結果一致。取出電磁單元，其一次繞組表面存在明顯放電碳化的現象，如圖4所示。

圖4 電磁單元一次繞組解體結果Fig.4 Field disintegration of primary winding of electromagnetic unit

4 結語

以上所述電容式電壓互感器油箱過熱，是由于油箱密封槽銹蝕，密封失效，絕緣油及電磁單元繞組受潮，進而導致一次繞組絕緣損壞，存在短路接地故障，同時，影響電壓互感器二次電壓，造成后臺報斷線故障。

目前電網中運行的電容式電壓互感器數量大，停電檢修困難，為保障電網安全穩定運行，應在大負荷下加強巡視，監控后臺電壓，同時充分采用紅外檢測等帶電檢測手段，有效排查CVT過熱故障。

運維人員巡視過程中發現滲漏油、油位下降等，應停電檢查、更換密封圈(將原廠密封橡方改為橡圓)等，確保油箱密封良好，避免引起類似的故障。

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