電容式電壓互感器潛伏性故障發(fā)現(xiàn)及原因分析

王巍津

摘 要：電容式電壓互感器（CVT）近年來在電力系統(tǒng)中已廣泛使用，因CVT本身的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)，在系統(tǒng)運(yùn)行中帶來一些新的課題需要研究。本文結(jié)合在定期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的電容式電壓互感器存在介損超標(biāo)等缺陷情況，從電容式電壓互感器本身結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，分析了產(chǎn)生缺陷的原因和帶來的危害，通過解體檢查驗(yàn)證了電容式電壓互感器絕緣介質(zhì)已經(jīng)被擊穿，證實(shí)了產(chǎn)品的制造工藝存在問題是缺陷產(chǎn)生的主要原因。

關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器；介損；潛伏性故障；擊穿

電容式電壓互感器（又稱CVT）與電磁式電壓互感器（PV）相比，具有電場強(qiáng)度裕度大、絕緣可靠性高、不與開關(guān)斷口電容形成鐵磁諧振并能削弱雷電波頭等電氣優(yōu)點(diǎn)。電容式電壓互感器一般適用于110kV及以上電壓等級，目前在電力系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用。由于受設(shè)計制造經(jīng)驗(yàn)、工藝水平、原材料及過電壓等因素的限制，投運(yùn)后會發(fā)生各種各樣的故障，影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

本文以某母線型電容式電壓互感器的異常情況為例，從電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理出發(fā)，分析了產(chǎn)生缺陷的原因和帶來的危害等，通過解體檢查驗(yàn)證了電容式電壓互感器絕緣介質(zhì)已經(jīng)被擊穿，并證實(shí)了產(chǎn)品的制造工藝存在問題是缺陷產(chǎn)生的主要原因。

一、電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)和工作原理

電容式電壓互感器由電容分壓器、電磁單元（包括中間變壓器和電抗器）和接線端子組成。其結(jié)構(gòu)有兩種：一種是單元式結(jié)構(gòu)；另一種是整體式結(jié)構(gòu)。

二、現(xiàn)場試驗(yàn)和原因分析

1.現(xiàn)場試驗(yàn)

根據(jù)電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，電容式電壓互感器的常規(guī)試驗(yàn)方法包括絕緣電阻、介損和電容量的測量等。在現(xiàn)場對XX變220kV正母壓變進(jìn)行定期預(yù)防性試驗(yàn)時，上節(jié)C11介損和電容量的測量采用正接線法，下節(jié)C12、C2采用自激法進(jìn)行，測試儀器采用某儀器廠型號為HV9001的全自動介損電橋，現(xiàn)場試驗(yàn)時間為2008年10月。發(fā)現(xiàn)缺陷的設(shè)備型號為TYD220√3-0.01H，出廠時間為2005年7月?，F(xiàn)場測得本體對地絕緣電阻，主電容C1、分壓電容C2的介損和電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1介損tgδ和電容量Cx測試值

2.分析判斷

絕緣電阻的測量主要用于檢查CVT內(nèi)的電容單元是否有嚴(yán)重進(jìn)水受潮及貫通性絕緣缺陷，電容量的測量用于檢查CVT內(nèi)各電容單元是否存在擊穿短路、斷線和進(jìn)水受潮及較嚴(yán)重缺油等現(xiàn)象，而介損的測量主要用于驗(yàn)證CVT內(nèi)的電容單元是否有較嚴(yán)重的受潮和老化。

參照電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（以下簡稱“規(guī)程”），可見測得的本體對地絕緣電阻是合格的。這是由于絕緣電阻的試驗(yàn)電壓值比較低，不一定能發(fā)現(xiàn)被試品的非貫穿性局部缺陷，所以當(dāng)設(shè)備有缺陷時仍存在絕緣電阻滿足合格要求的可能。從表1中可以看出，A、B兩相和C相下節(jié)的介損值均不大于0.00063，電容量的誤差不大于0.25%，均符合規(guī)程要求。但C相上節(jié)測得介損為0.00355，大于規(guī)程要求的0.002標(biāo)準(zhǔn)值，顯然已超標(biāo)，而且與其余兩相電容單元進(jìn)行橫向比較，也可以看出介損值已明顯增大。此外，C相上節(jié)的電容量與銘牌值相比，誤差為+1.43%，電容變化量雖未超出規(guī)程要求2%，但通過縱向及橫向試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，可以看出變化量已屬較大。

因?yàn)楝F(xiàn)場試驗(yàn)濕度較大，為了確保試驗(yàn)的精度和正確性，對電容式電壓互感器進(jìn)行外絕緣屏蔽試驗(yàn)方法進(jìn)行確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)介損數(shù)據(jù)雖有所下降，但變化不大。從而可以基本排除濕度對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，因此初步判斷認(rèn)為C相上節(jié)數(shù)據(jù)異常是內(nèi)部缺陷引起的。

根據(jù)電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，分析可以知道，最容易出現(xiàn)問題的就是電容分壓部分。電容分壓器固體介質(zhì)是膜紙復(fù)合介質(zhì)，其介損主要取決于電容器紙，即與紙的成分、紙中存在的無機(jī)雜質(zhì)及其加工過程中加入的添加劑等有關(guān)。紙的占積率、電容分壓器設(shè)計場強(qiáng)、額定電壓、額定電容、瓷套管質(zhì)量缺陷、真空干燥處理工藝等都將影響介損的測試值。根據(jù)缺陷情況及測試數(shù)據(jù)，并考慮到出廠日期和實(shí)際投運(yùn)的時間段，初步分析認(rèn)為，可能是由于C相上節(jié)存在著少量的幾只電容單元受潮或安裝工藝不良。結(jié)合設(shè)備運(yùn)行情況及現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)，經(jīng)推斷認(rèn)為廠家干燥不徹底導(dǎo)致個別電容單元受潮的可能性最大，從而致使電容單元電場分布不均勻而造成局部擊穿。電容分壓部分由多個相同參數(shù)的單個電容元件串聯(lián)組成，一般一節(jié)為90多個電容元件，每個電容元件上所承受的電壓都一樣，而個別電容單元的擊穿，將引起該節(jié)電容量的增大?？紤]到實(shí)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)中C相上節(jié)電容量誤差為+1.43%，可以初步估計被擊穿的電容單元為1-2個。

3.解體分析

為了驗(yàn)證試驗(yàn)分析的正確性，確定缺陷的具體情況，將更換下的電容式電壓互感器返廠進(jìn)行解體檢查。解體前的局部放電測試和油樣理化分析表明，電容分壓器的局放水平正常，油的介電強(qiáng)度和微水含量較正常。對電容器實(shí)行解體后，發(fā)現(xiàn)有2個電容分壓元件擊穿，被擊穿的部位都集中在引鉑片的周邊。

分析缺陷產(chǎn)生原因主要有以下幾個方面。

（1）產(chǎn)品制造工藝存在問題。

（2）電容單元干燥不徹底，殘余水分較多，存在局部受潮現(xiàn)象。

（3）真空干燥處理溫度及在該溫度下經(jīng)受的時間控制不當(dāng)，從而導(dǎo)致介質(zhì)，尤其是聚丙烯膜的提前老化。2004年底至2006年4月期間，該生產(chǎn)廠家有部分CVT電容分壓器的10kV介損達(dá)不到要求而重新進(jìn)行真空干燥處理，反復(fù)真空干燥處理使得絕緣強(qiáng)度降低。同時，真空干燥處理溫度過高，也會因膜的熱收縮而導(dǎo)致鋁箔的橫向皺褶嚴(yán)重，從而導(dǎo)致皺褶處電場分布不均勻。

結(jié)語

隨著電容式電壓互感器在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，由于其結(jié)構(gòu)原理、采用的工藝、材料、運(yùn)行維護(hù)等原因，出現(xiàn)的故障情況很多。綜合前面敘述的情況，要避免故障的出現(xiàn)甚至發(fā)展成事故，除要求生產(chǎn)廠家在制造過程中要嚴(yán)把質(zhì)量和工藝關(guān)，檢修單位在進(jìn)行此類電容式電壓互感器預(yù)試時，不但要重視試驗(yàn)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的對照，同時要注重對電容元件電容量的測量值與歷史數(shù)據(jù)和不同相間電容量進(jìn)行比較，觀察其變化量的幅度。即便數(shù)據(jù)仍然滿足標(biāo)準(zhǔn)范圍，但與橫向和縱向比較變化較大時，尤其是投運(yùn)后一年后的第一次預(yù)防性試驗(yàn)，建議利用不同的試驗(yàn)方法進(jìn)行綜合比較分析，以確定缺陷是否存在，便于及時排除安全隱患?？紤]到仍有該批次設(shè)備尚在運(yùn)行中，要求在日常維護(hù)時要加強(qiáng)巡視檢查。

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