冶金企業電壓互感器二次電壓異常分析及應急處理

(河鋼唐鋼能源科技分公司，河北唐山 063000）

前言

電壓互感器是電網中的重要組成部分，電壓互感器運行的穩定性直接影響著冶金企業生產的穩定運行以及保護控制的準確性。從本質上講，電壓互感器就是變壓器，主要用于母線及線路電壓變換工作。電壓互感器的類型較多，其中使用較為普遍、使用范圍較廣的就是電容式電壓互感器，此種互感器具有好的絕緣性和耐壓性能，同時生產成本相對較低，可以實施高頻通信，所以在高壓電網中得到了大量應用。但是受到設計能力、生產工藝、材料質量等方面的影響，其中二次電壓異常成為電壓互感器運行過程中最為常見的故障之一。造成電壓異常的情況有多種，并且分析較困難，本文主要以某電壓互感器為例分析二次電壓異常情況，并提出相應處理策略。

1 電容式電壓互感器工作原理分析

一般情況下，電容式電壓互感器主要包括“電容分壓器”以及“電磁單元”兩部分，在電力系統中廣泛應用。電容分壓器由若干電容單元串聯組成，電容單元的數量與電壓等級、電容單元的允許電壓值有關。具體的工作原理電路如圖1所示。

圖1 電容式電壓互感器原理電路圖

其中C1 表示高壓電容；C2 表示中壓電容；T 表示中間變壓器；BL 表示氧化鋅避雷器；LK 表示補償電抗器。1a 和1n 表示1 號主二次繞組引出端；2a 和2n 表示2 號主二次繞組引出端；da和dn 表示剩余電壓繞組引出端。

在實際工作過程中，由C1 和C2 形成的電容分壓器，將一次電壓轉換成為中間電壓，然后利用電磁單元繼續將一次電壓轉換成為二次電壓。通過補償電抗器形成等效的阻抗補償對電容器進行分壓，這樣就能夠減小對回路壓降的影響，大大降低對二次電壓的影響。在補償電抗器兩側并聯氧化鋅避雷器，可以起到有效限制過電壓的作用，同時對鐵磁諧振產生阻尼。二次出線端子和載波端子利用油箱側壁的二次接線盒引出，一定要確保不接載波的情況下電容分壓器低壓端子和電磁裝置低壓端子的連接可靠性，避免高壓進入到接線盒而破壞二次設備，影響到人身安全。另外，電壓互感器在運行過程中接載波端子要直接接地，確保連接的可靠性。

以電磁感應原理為依據，實際運行過程中可以將電容式電壓互感器等效成為圖2所示回路。

圖2 電容式電壓互感器等值回路

其中Xc 表示等值電容阻抗；XT1以及XT2表示中間變壓器一二次繞組漏抗；XK表示補償電抗器的電抗；Zm表示中間變壓器勵磁阻抗。由于避雷器在整個電路中相當于一個大電阻，在回路中可以進行忽略處理。分壓電容器正常工作時，互感器的電磁單元和二次電壓等原件都會產生相關性，一旦補償電抗器或者兩側繞組發生故障都會造成二次電壓降低。

2 故障基本情況概述

2017 年9 月1 日變電站發出了10 kV 母線PT 斷線警報，相應工作人員對于出線保護的電壓檢查得知，某電容式電壓互感器的A相二次電壓要比BC兩相略低，同時開口三角電壓相對較高；不同于該電壓互感器，同一母線其他電容式電壓互感器二次電壓都處于平衡狀態且開口三角電壓相對較低。

通過仔細的外部檢查可知，電壓互感器的外表并沒有出現破損，具有較好的接地，并沒有出現閃絡或者其他異常問題，可以判定發生二次電壓異常的電壓互感器A 相內部發生了問題，應立即將系統停電進行項目檢查。

3 異常情況的常規檢查和實驗分析

這臺電容互感器的電容分壓器是由三個獨立的電容器組成，其中高壓電容C1 由上節、中節和下節的一部分共同作用組成，中壓電容C2由下節其他部分組成，同時電磁單元一次繞組和抽頭相連接，并且密封到電磁單元殼體內部，很難對中壓電容進行檢查。為了明確異常情況的原因，先要對相對獨立的電容進行檢查，對介質損耗因數和電容量反復進行測量并記錄相應結果數據，具體如表1所示。

表1 介質損耗因數和電容量測試結果

從表1 中可知，不同位置電容量以及初值誤差都在限定值（±2%）之內，并且介質損耗因數也在限定值（0.5%）之內，這就說明各節電容都處于正常運行狀態，這樣就可判定并非電容分壓器的故障，需要對電磁單元進行詳細的檢查。變壓器的一次繞組、補償電抗器和避雷器這些電磁單元器件都安裝在一個密封的殼體中，所有測量數據首選選取二次繞組的絕緣以及直流電阻，將具體的測量數值記錄下來匯總如表2所示。

從表2 中可知，不同二次繞組絕緣電阻要遠大于限定值（10 MΩ），但是直流電阻并沒有發生較大的改變，這樣就能夠判定并非二次繞組故障，所以要對電壓互感器異常情況進行深入分析，需要對一次繞組和其他相關元件進行檢查。

4 異常情況的深入檢查分析

（1）為了進一步分析異常情況的原因，需要將下節電容器以及電磁單元進行解體，發現電磁單元殼體內部絕緣油處于正常狀態，并沒有存在雜質，同時中壓電容接線以及電磁單元并沒有異常情況。

（2）互感器打開后，在接地端對一次繞組、補償電抗對地絕緣電阻進行測量，發現電阻值僅為0.08 MΩ，說明絕緣層出現了明顯的問題。將一次繞組和避雷器拆開對內部電阻進行測量，發現一次繞組、補償電抗對地絕緣電阻值達1000 MΩ。

由此可以判定，電壓互感器的異常情況主要由避雷器引起。在拆分避雷器的過程中，發現閥片已經發生了非常嚴重的潮銹和劣化現象，同時閥片還有明顯的放電跡象，在瓷套的內部也出現各種燒傷的痕跡，閥片絕緣層電阻測量值僅為0.08 MΩ，通過一系列分析可以準確判定，閥片劣化后造成避雷器的整體絕緣性能下降。

避雷器絕緣性能的下降就相當于將補償電抗器進行了短接接地，增大回路中等值電容（C1+C2）的影響，會提升等值電容阻抗XC所承受的電壓降，從而造成中間電壓的下降以及中間變壓器二次電壓的降低。所以發生異常情況的電壓互感器故障得以明確，需要對電磁單元進行替換。

故障處理：安裝全新電磁單元進行相應的試驗，確保試驗合格之后才可以投入運營，之后測量二次電壓得到三相平衡并且相位準確，整個設備可以正常運行。

5 結束語

對于冶金企業變電系統而言，電容式電壓互感器是非常重要的組成部分，具有非常廣泛的應用。但是此種互感器的分壓電容部分相對脆弱，長時間運行后容易被擊穿。另外，電壓互感器的電磁單元相關元件都處在絕緣油密封的封閉空間，對于散熱是非常不利，所以不但要確保其電氣和絕緣性能的正常有效，同時也要保證不同元器件溫升性能符合電磁單元殼體內長時間運行條件，以最大程度預防發生故障，確保整個電網的正常運行。