110kV電容式電壓互感器的故障分析

甄偉健

摘 要：本文介紹了電容式電壓互感器的結構，常見故障類型及防范措施，并結合實例分析了一起電壓互感器的二次電壓異常事故。

關鍵詞：電容式電壓互感器；故障分析；二次電壓

中圖分類號：TM451 文獻標識碼：A

0.前言

電容式電壓互感器作為一種電壓變換裝置應用于電力系統，主要用于電壓測量儀表及繼電保護裝置的電壓信號取樣設備。它接于高壓與地之間，將系統高電壓轉換成二次低電壓。近年來，由于電容式電壓互感器因結構合理，絕緣強度較高，在110kV及以上電壓等級電力系統中得到廣泛使用。

1.電容式電壓互感器簡介

如圖1所示，電容式電壓互感器由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由主電容C1（C11、C12、C13、C14）和分壓電容C2組成，具有降壓和分壓作用；電磁單元由中間變壓器（T）、補償電抗器（L）、放電間隙（P）、電阻（R）和載波耦合裝置（J）組成。分壓電容抽取系統部分電壓連接在一次繞組上，分壓電容末端接地或與結合濾波器串接后接地。這樣的結構縮減了整臺互感器的體積，串聯電容與結合濾波器串接后可作為高頻載波信號的通道。

電容式電壓互感器有兩種形式，內置式和外置式。上圖為互感器內置形式，分壓電容放置在上部的充油套管內，下部的油箱內有一次繞組的補償電抗器，兩組二次繞組和避雷器或放電間隙。二次繞組da、dx輸出電壓為100V，繞組a、x輸出電壓為100V/。電容式電壓互感器為單相式結構，多用于110kV及以上電壓等級的系統。一般配置在母線或線路A相，為保護、測量、計量或斷路器同期和重合閘裝置提供電壓判據。

2.電壓互感器的故障類型

受多種因素影響，電容式電壓互感器發生故障的概率很高。

2.1 二次輸出電壓異常

故障表現為：電壓互感器某相或幾相電壓下降，而開口三角電壓升高。輕微故障時互感器外觀上沒有異常，也沒有異常聲音。但故障嚴重時內部有放電聲或者其他不正常異響，并且會發出焦臭味，有可能發生電容器擊穿爆炸事故。

故障發生的原因有：（1）分壓電容器中的某個電容被擊穿導致串聯電容數量減少，分壓電容相對增大，二次輸出電壓下降；（2）由于產品質量問題或者在運輸安裝工程中保護不當等原因，造成互感器的鐵芯松動導致其氣隙距離發生了變化，破壞了阻尼器的調諧工作條件。這相當于在輔助二次回路上接入一個很大的負荷來分壓，從而致使二次輸出電壓異常。（3）電壓互感器的電抗線圈和彈性銅片連接處的螺絲發生松動也是二次輸出電壓異常的原因之一。

2.2電磁單元故障

2.2.1二次繞組失壓

導致電磁單元二次繞組失壓的原因有：（1）分壓電容器C2發生擊穿短路接地；（2）中間變壓器的一次引接線接地或者斷線；（3）與中間變壓器并聯的避雷器被擊穿；（4）電壓互感器二次側空氣開關跳開或者二次回路斷線。

2.2.2電磁單元絕緣下降

電壓互感器二次接線盒內部受潮，導致二次繞組絕緣下降，甚至為零；二次繞組的N端或引線接地或者觸碰到油箱金屬外殼。上述原因都有可能導致電磁單元絕緣低。

2.3其他故障

（1）電壓互感器鐵磁諧振，這有可能是由于在現場安裝時多組電容器互換或者電容器宇電磁單元互換，導致其分壓電容、耦合電容以及中間變壓器組合不對應，從而產生鐵磁共振。（2）本體滲漏油，油位過低；互感器噴油、流膠或外殼開裂變形；套管破裂、放電，引線與外殼之間有火花等。這都可能導致互感器的絕緣性能下降，引起電壓異常，甚至引發爆炸事故。

3.故障檢測及防范措施

3.1故障檢測

（1）測量電壓互感器的絕緣電阻，包括了極間絕緣電阻（采用2500V兆歐表，一般不低于5000MΩ）和低壓端對地絕緣電阻（采用1000V兆歐表，一般不低于100MΩ）測量。將測試電阻與之前測量結果對比，若有明顯下降，則表明其內部可能受潮或者瓷套有缺陷，應立即馬上停電處理。

（2）測量電壓互感器的介損tanδ及電容量。在10kV試驗電壓的tanδ值不大于下列數值：油紙絕緣0.5%，膜紙復合絕緣為0.4%。而電容值的要求為：①每節電容量在偏差不超過額定的-5%～+10%范圍；②與出廠值相比，增加量超過+2%時，應縮短試驗周期；③由多節電容器組成的同一相，任何連接電容器的實測電容值相差不超過5%。

3.2故障防范措施

（1）必要時對電容式互感器進行局部放電測量，并進行其他標準預試項目，保證電壓互感器符合標準才能投入使用。

（2）當電壓互感器的介損tanδ異常增長時，應及時處理或者更換互感器，避免事故發生。

（3）當發現電壓互感器本體或其他地方有滲漏油，油位過低或者壓力下降時，應立即停運并進行處理。

（4）嚴禁電磁單元帶缺陷運行，電磁單元的一次電壓不應超過3kV，而二次繞組的電流不大于10A，避免過負荷。

（5）加強對電壓互感器二次接線及其絕緣的檢查，嚴格按照規程進行預試工作。

4.實例分析

4.1故障基本情況

某220kV變電站的110kV母線采用型號為WVB110-20H的電容式電壓互感器。故障發生時，其二次電壓分別為A相：78.7V，B相為66.65V，C相為66.65V。相比B、C兩相電壓，A相電壓上升了18% ，互感器的二次電壓輸出異常。現場檢查發現，互感器的外觀無異常，沒有滲漏油情況，亦沒有放電聲音或其他異響，紅外測溫顯示電壓互感器A相比B相和C相高月3.5℃。初步判斷A相電容單元內部故障。

4.2 故障分析

對電壓互感器進行介損tanδ及電容量測試，并與上次試驗的數據對比。根據表1，發現分壓電容C2正常，主電容C1的電容量增長了7.2%，而介損值tanδ高達1.2%。按規程要求，電容量的增加量不應超過+2%，介損tanδ則不應大于0.5%。由此判斷，主電容C1內部有可能發生電容屏擊穿，從而導致電容量升高。根據一次電壓Uc2=U×C1/（ C1+ C2），一次電壓增大，即是造成現場二次電壓升高的原因。

通過現場對互感器器解體檢查發現：（1）電容屏有1/3暴露在空氣中，導致主電容屏內部絕緣性能下降，造成了多片電容屏發熱且已經變形；（2）電磁單元和電容器之間連接的密封圈變形嚴重，導致電容器的絕緣油滲進去電磁單元，電容屏油位下降，電磁單元油位上升。應及時更換故障電壓互感器，并通過試驗合格后投入使用。

結語

對電容式電壓互感器的常見故障進行分析探究，提出了有效的防范措施，對及時發現電容式電壓互感器的各類缺陷提供一定的參考，并加強對電壓互感器的巡視維護工作，以及時發現異常。

參考文獻

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[2]盛軍，張志東.電容式電壓互感器電容組件故障診斷分析[J].現代工業經濟和信息化，2013（20）：62-64.endprint