220kV電容式互感器缺陷分析及防范措施

任在成

【摘 要】本文介紹了一起CVT運行中的危急缺陷，結合二次電壓升高、紅外測溫、介損測試、帶電測試及解體檢查結果分析了缺陷發展過程及原因，并給出了針對性的防范措施。

【關鍵詞】互感器；缺陷；防范措施

0 引言

電容式電壓互感器（CVT）是高壓電網的重要設備，主要用于供電計量、保護、指示和同期、耦合電容器供電力載波通信線路、高頻保護和遠動通道等。由于CVT具有優良的瞬變響應等優點，目前廣泛應用于110kV及以上電壓等級的電網系統。受設計、制造、工藝水平和原材料等諸多因素影響，電容式互感器投運后故障時有發生，嚴重影響了電網運行安全。

本文介紹一起220kV電容式電壓互感器運行中的故障情況，通過試驗分析、解體檢查，找出了故障原因，并提出了針對性的防范措施。

1 故障概況

2013年1月，某站監控機報電壓越限，值班員檢查發現220kVI母線的Uab和Uca母線電壓比Ubc電壓高4kV為232.5kV，Ubc電壓為229kV。用萬用表測量220kV1A母線CVT二次小空開上口電壓均為：Uab：106V，Ubc：103V，Uca：106V。查看當日CVT曲線圖發現：A相母線電壓（圖中紅色部分）從3點43分開始逐漸上升，到4點51分A相電壓基本達到最大值，此時A相電壓138.36kV、B相132.36kV、C相132.35kV。

現場對#1A母線電壓互感器進行測溫發現A相下節電容分壓器上部熱點溫度為9.9℃，而同間隔B、C相同部位約為-9.4℃，溫差已經達到19K， 判斷為A相CVT電容分壓器上部內部缺陷，依據電力行業標準《帶電設備紅外診斷應用規范》[1]規定，該缺陷已屬于危急缺陷，需立即停電進行處理。

缺陷互感器型號為TYD220/√3-0.01H，1996年03月出廠，投運日期：1997年1月16日，該互感器由2節瓷套外殼的電容分壓器和下部油箱中的電磁單元兩部分組成，其中C11為單獨一節耦合電容器，C12與分壓電容和C2共同安裝于下節瓷套內，C12與分壓電容和C2，中間沒有無引出線，其中上節C11由75單個電容串聯，下節C12由52單個電容串聯，C2由23單個電容串聯組成。CVT連接圖如圖1。

2 缺陷分析

2.1 電壓理論分析

通過紅外圖譜監測，可初步判斷故障部位位于下節電容分壓器上部，即圖1中C12部分。由一次電壓變化可知，A相正常一次電壓為132.35kV，A相測量值138.36kV，二次電壓u2增大，說明C21中存在部分元件擊穿。由電容式電壓互感器電壓誤差公式[2]可知：

U=U'*（1）

其中U1為電磁單元一次電壓，U外部運行電壓，C1為CVT高壓電容，由C11及C12串聯而成，由公式1可計算出變化后的電磁單元一次電壓U1，C2為CVT的低壓電容。其中：

C=（2）

其中C11、C12為高壓電容上下兩節，利用公式（2）可得出C1電容量出廠值為11.95nF。

由公式1可推導出，故障后的電磁單元一次電壓可公式（3）和公式（4）得出，其中缺陷后的高壓電容定位為C，C2未發生變化。則由此可知：

U=U'*（3）

U=U*（4）

利用公式（3）和公式（4）可計算出缺陷C電容量為12.59nF，由電容串聯公式（2）可計算出缺陷電容C12的電容量為33.04nF，咨詢廠家可知C12由52個單電容串聯組成，由額定電容可計算出單個電容的電容量約為52*28.97=1506nF，進而推算出當前仍然有1506/33.04=45.6個單電容單元正常，即有6-7個電容單元已經被擊穿。

2.2 試驗結果分析

對該組CVT進行測試，B、C兩相常規試驗及A相絕緣試驗未見異常，A相上節介損及電容量測試結果未見異常。采用單臂電橋測量二次線圈直阻，a1d1為0.014mΩ，a2d2為0.025mΩ，andn為0.098mΩ，數值正常。

采用自激法測量C21、C22的介損及電容量時測試無法完成，觀察儀器測試過程，發現是儀器無法得到高壓側電壓及電流，由此無法得到最終測試結果。所使用的介質損耗測試儀為山東泛華廠家產品，其自激法測量原理如圖2。

分析原因可知，測試過程中，儀器CN與C2串聯連接，用來測量流過C2的電流及相位，測試過程中發現C2的電流測量不到，將電橋的兩根測量線互換位置，此時CN測量線接入C12的首端，可測量出CN的電容量，測量結果如表3。分析之前測不出來的原因可知：C2尾端與引出端子間發生了斷線。

2.3 綜合分析

結合電壓理論分析及電容量測試結果綜合分析，初步判斷CVT缺陷如下：一是C12電容單元有6-7個電容元件存在擊穿，二是C2尾端與引出端子間發生了斷線。此互感器已經不能在繼續運行，為此更換處理。

3 解體檢查

為進一步分析缺陷原因，對該互感器及進行了解體檢查，檢查發現：

1）CVT電磁單元的油箱內已經完全充滿油，C2電容單元末端引出線套管破裂，碎片散落在中間變壓器的鐵芯上，引線在套管接頭處斷裂，引線斷裂處出一個燒融的小圓尖頭，現場取樣與分析結果一致。

2）對電容單元進行解體，打開下節電容單元上部的密封蓋，電容單元內油位只有約原來的1/2，電容元件上部已經沒有絕緣油浸泡，上部1/2的電容單元表面出現了大量X蠟，這上部6個電容元件有擊穿放電痕跡，與紅外圖譜位置相對應。用搖表測量C12的51個電容元件的絕緣，C12上部從頂端往下連續6個電容單元擊穿，C21從底端往上數第19個電容單元發生擊穿，C12部分共有7個元件擊穿，與分析結果一致。

3）取下炸開的小瓷瓶，發線小瓷瓶內部有嚴重的放電痕跡，接線柱及小瓷瓶內、外表面積累了大量的炭黑，小瓷瓶的緊固法蘭膠圈有一處燒損痕跡，碎裂的小瓷瓶及接線柱有大量炭黑。endprint

4 原因分析

根據故障現象及解體情況綜合分析，認為此次缺陷起始及發展過程如下：

A相CVT故障的故障起始位置在CVT的C2電容末端的接地引出線，接地進出線斷裂造成C2電容末端懸浮，在高電壓作用下C2末端對地放電造成低壓端小瓷瓶碎裂，同時將底部橡膠墊燒蝕。放電生成的炭黑在小瓷瓶接線柱和底盤法蘭之間形成新的接地通道，此時CVT電氣恢復正常，一次電壓及紅外等信息，故CVT的監測電壓未發生變化。

放電引起的小瓷瓶碎裂及橡膠墊燒蝕，造成電容單元密封破壞，在重力作用下，絕緣油泄漏到電磁單元，從C12上部電容單元的X蠟來看，該滲漏過程時間比較長，上部電容元件逐漸失去絕緣油后，絕緣裕度降低，電容單元逐漸過熱進而產生X蠟，隨著缺陷進一步發展，C12的上部電容單元被一一擊穿，造成二次電壓升高。由圖1可知，而該擊穿過程是一個非常短暫快速過程，從3點40分左右開始，至4點50分左右電壓穩定。此后至最終停電之前電壓未發生變化，說明內部電容單元此時已完成擊穿過程。

為驗證推斷是否正確，恰好該互感器末屏安裝了帶電檢測裝置，查閱其互感器帶電檢測報告，發現在2012年5月對該互感器進行了一次帶電檢測，測試結果中發現C2側已經沒有電流，但測試人員未引起注意，誤認為是測試儀器本身出現了故障，由此也可證明在當時電容C2尾端已經斷線。

結合故障情況分析缺陷產生原因為電容式電壓互感器電容單元C2末屏懸浮引起，接地懸浮原因C2末端引出線的接頭部位的引線部分斷裂，剩余導線截面短路容量不足，在運行過程中，長時間受到振動、熱等作用，剩余導線發生了融化，短路截面越來越短，最終發生斷裂。

5 總結

1）電容式電壓互感器的缺陷與廠家設計、選材、生產工藝等密切相關，生產過程中任何一點質量缺陷都可能造成電容式電壓互感器長時間運行后出現故障。此廠家應加強設備的質量管理，嚴格控制，不過每一點可能造成缺陷的質量缺陷，確保產品在運行中不發生缺陷。

2）CVT設備的一次電壓值監測能快速發現CVT內部的隱藏缺陷，為此應做好CVT設備一次電壓數據的長期記錄，定期對互感器的電壓變化進行分析，對于把握互感器運行狀態具有非常重要的幫助。

3）此案例說明：CVT的電容量、介損帶電檢測對發現電磁、電容單元內的缺陷有一定的幫助，但由于開展較少，且尚未建立相應的數據分析方法，測試人員容易忽視發生變化的數據，造成現場測試過程中對缺陷容易誤判，為此應認真分析異常的測試數據，防止誤判。

【參考文獻】

[1]DL/T 664-2008.帶電設備紅外診斷應用規范[S].中華人民共和國國家發展和改革委員會。

[2]凌子恕.高壓互感器技術手冊[S].中國電力出版社，2005：97·99.endprint