母線電容式電壓互感器故障分析

張 進 熊 云 劉其良 馮 翔 龔文博

（國網湖南省電力公司檢修公司，湖南 長沙 410004）

電容式電壓互感器 （CVT） 是應用電容分壓原理，結合中間變壓器的接入，進行監測、保護及通信等應用的電器設備。與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器具有絕緣性能好、耐壓水平高、不易與斷路器斷口電容產生諧振、生產成本低、可兼作高頻通信等諸多優點。目前，在湖南省檢修公司維護的110 kV及以上電壓等級主網系統中，在運的CVT占比高達88.65%。

雖然CVT在電力系統中的大量應用，但由于受設計制造經驗、安裝工藝水平、原材料質量及過電壓等因素的限制，由CVT引發的電網故障是電磁式電壓互感器的2倍，一旦CVT發生故障，將引起電能計量錯誤和保護裝置誤動作等事故，嚴重影響電能計量的準確、可靠和電網的安全，嚴重時還會引起爆炸起火，導致輸電線路停止供電，甚至會引起大面積停電。為了實現CVT的狀態檢修及對CVT的故障進行快速診斷并維修，以減少停電時間，提高供電可靠性，保障電網安全運行，必須對CVT故障及其產生故障原因進行深入的了解和分析。

1 故障發現過程

該變電站110 kV I母5×14電壓互感器采用電容式電壓互感器，型號為TYD110/√3-0.02W3，為江蘇思源赫茲互感器有限公司2016年4月產品，2016年5月投運，交接試驗數據與出廠值比較無差異，投運后首次紅外精確測溫正常。

該CVT由電容分壓器、電磁單元 （包括中間變壓器和補償電抗器） 和接線端子盒組成。其電氣原理圖如圖1所示，圖1中A表示高壓端子，C1表示高壓電容，C2表示分壓電容，T表示中間變壓器，L表示補償電抗器，F表示避雷器，N表示分壓電容低壓端，E表示接地端，1a1n為計量二次繞組接線端，2a2n為測量繞組接線端，3a3n為保護繞組接線端，4a4n為剩余繞組接線端，ZD1、ZD2為阻尼器。

圖1 CVT電氣原理圖

2017年1月9日，某220 kV變電站運維人員在巡視中發現該CVT運行中有異響，且二次電壓異常。為進一步確認設備故障部位，對該設備開展紅外精確測溫等帶電檢測試驗，發現C相CVT電磁單元發熱嚴重，C相為27.7 ℃。正常相A、B相均為8 ℃左右，從電磁單元油位窗口觀察發現C相電磁單元絕緣油嚴重黑化，A、B相油外觀檢查正常。判斷C相電磁單元內部發生了嚴重的高能放電，屬于危急缺陷，為保證電網安全穩定運行隨即將該CVT采取退運措施，進行檢查性試驗。

2 檢查及試驗情況

根據故障現象和帶電檢測結果分析，懷疑造成故障的原因有四個：一是電容分壓器電容元件擊穿，造成電磁單元分壓過高發生放電發熱；二是電磁單元內部存在異物，造成懸浮放電；三是二次繞組存在匝間短路，造成二次電壓波動和電流制熱；四是絕緣油受潮，發生高電位對外殼放電，造成電壓異常和發熱。

拆回后，試驗人員首先對整體進行了高壓試驗，結果如表1、2、3、4所示。

表1 介損及電容量試驗

表2 絕緣電阻試驗

表3 二次繞組直流電阻試驗

表4 變比試驗

通過以上試驗結果分析可知，二次繞組直流電阻值與交接值無明顯變化，基本排除了二次繞組匝間短路的可能性。而通過其他試驗數據的綜合分析，故障應該是發生在電磁單元內。

為進一步確定故障性質，對電磁單元變壓器油進行了油耐壓及油中微水測量，其中油耐壓6.9 kV （標準≥35 kV） 、油中微水含量476 mg/L （標準≤35 mg/L），判斷C相電磁單元絕緣油嚴重受潮。

3 解體檢查情況

將CVT電磁單元與電容單元斷開，發現電磁單元絕緣油全部呈黑色，一次引線及屏蔽層有發黑、燒糊現象，剖開外層絕緣白布帶，觀察一次線圈和微調線圈，可見一次繞組與鐵心之間的絕緣紙板燒損面達30%～40%，呈現出弧狀燒損面。一次線圈也有燒損面，明顯存在過熱，部分存在碳化現象，表明電磁單元內部發生了嚴重放電。CVT電磁單元解體情況如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

圖2 電磁單元一次繞組引線檢查

圖3 電磁單元一次繞組屏蔽層檢查

圖4 電磁單元一次繞組與鐵心間絕緣紙板檢查

圖5 電磁單元鐵心檢查

解體后，采用正接線對電容單元進行介損和電容量測量，與解體前試驗數據對比結果如表5所示。可知不帶電磁單元時，所測電容單元介損及電容量正常，排除電容單元部分分壓電容擊穿、短路等電氣故障的可能性。

表5 C相解體后介損及電容量結果對比

4 故障分析

由診斷性試驗和解體檢查情況可知，故障相CVT電容單元無問題，故障的主要原因是運行中電磁單元絕緣油受潮，高電位的一次繞組對地發生嚴重放電。

導致絕緣受潮的主要原因是密封受損，潮氣進入電磁單元內部。

因該CVT運行中未承受過電壓，為判斷放電發生的原因，對正常相A、B相進行檢查，發現C相電磁單元排氣孔處無密封圈，如圖6、圖7所示。

圖6 故障相排氣孔無密封圈

圖7 正常相排氣孔無密封圈

5 結語及建議

（1） 結語。

紅外精確測溫與絕緣油等試驗項目結合可有效判斷CVT內部故障。

該220 kV變電站110 kV I母5×14CVT C相運行中故障的原因為C相電磁單元排氣孔無密封圈，導致電磁單元絕緣油在運行中受潮，絕緣強度下降，造成一次繞組對地放電。而絕緣油受潮導致電磁單元電容量增加，CVT下節所分電壓降低，二次電壓異常。

該故障的發生根源為CVT制造廠家在制造工藝把關上不嚴，在關鍵環節存在疏漏。

（2） 建議。

督促廠家加強對設備制造工藝把關，該廠家同型號產品已出現過因設計不合理、安裝工藝控制不良，阻尼器外罩與油箱壁搭接，導致的電磁單元發熱問題，不能排除其余同型號設備出現同類故障的可能性，建議對同型號設備加強日常巡視及紅外測溫。

高溫大負荷期間，加強對CVT等設備的紅外精確測溫，以及時發現設備缺陷。建議制造廠加強漆包線、連接線等原材料的絕緣強度，在工藝制造上從嚴把關，嚴格進行出廠試驗，切實有效地防止類似故障的發生。