電壓互感器過熱異常故障研究

楊應(yīng)山

（中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司大理局，大理 671000）

隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)和生活對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提出了更加嚴(yán)格的要求。電壓互感器是電力系統(tǒng)中重要的組成部分。保障電壓互感器正常工作，一定程度上就是保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)作。現(xiàn)階段多利用紅外探測(cè)器來保障電壓互感器的穩(wěn)定運(yùn)行，但是隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對(duì)電力系統(tǒng)提出了更加嚴(yán)格的要求，需要嚴(yán)格落實(shí)電壓互感器的保障工作。其中，改善電壓互感器過熱異常問題是現(xiàn)代電力發(fā)展和科技發(fā)展關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)。

1 電壓互感器概述

1.1 電壓互感器

電壓互感器是構(gòu)成電力系統(tǒng)中輸變電項(xiàng)目的重要設(shè)備之一[1]。電壓互感器主要用于一次電壓轉(zhuǎn)換為二次電壓，同時(shí)為相應(yīng)的測(cè)量、保護(hù)和計(jì)數(shù)裝置提供有效的電壓。基本的電壓互感器可以分為兩類：一類是電容式電壓互感器（簡(jiǎn)稱電容互感器），具有儲(chǔ)存和輸送電力的作用，并為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件提供相應(yīng)的電力支持；另一類是電磁式電壓互感器，具備供電功能，還可以作為載波通信耦合電容器使用，在安全性和成本方面有著極大優(yōu)勢(shì)。有關(guān)部門發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，電磁單元引起的事故數(shù)量是電容分壓器故障數(shù)量的120%。但是，在實(shí)際的運(yùn)行過程中，一旦電容式電壓互感器出現(xiàn)問題，會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)造成更嚴(yán)重的破壞，其破壞程度相當(dāng)于電磁式電壓互感器的130%。因此，在實(shí)際防護(hù)過程中需要對(duì)二者進(jìn)行綜合防護(hù)，以防止發(fā)生意外事故。

1.2 電壓互感器的運(yùn)行原理

一般的電壓互感器為組合式單柱結(jié)構(gòu)，由分壓器和電磁單元構(gòu)成。分壓器由高壓電容和低壓電容構(gòu)成。電壓經(jīng)過相應(yīng)的電容分壓后，接入實(shí)際的電磁單元。電磁單元由中壓變壓器、補(bǔ)償電抗器以及相應(yīng)的阻尼裝置等構(gòu)成。在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電容式電壓互感器承受來自系統(tǒng)的電壓，經(jīng)過高壓電容和低壓電容的有效分壓后，通過中間變壓器將實(shí)際的高壓變?yōu)?00V或者更低的電壓，從而為內(nèi)部設(shè)備提供相應(yīng)的低電壓，保證內(nèi)部設(shè)備（如計(jì)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置）的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 故障情況

實(shí)際的電壓互感器故障中存在著不可預(yù)知性，下面將基于一次故障進(jìn)行分析與論證。在2019年10月，某變電站運(yùn)維人員巡視某變電站時(shí)發(fā)現(xiàn)站內(nèi)的電壓互感器電磁單元溫度異常，局部溫度達(dá)到36.65℃（A相36.65℃、B相28.97℃、C相28.77℃）。當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度在21.00℃左右，空氣濕度在65%[2]。

工作人員積極檢查現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)相應(yīng)的電壓互感器和油箱油位進(jìn)行停電檢查，得出A相無明顯放電痕跡。檢查油位也無異常。檢測(cè)電流和電壓后發(fā)現(xiàn)二次電壓值微增，其余并無異常。具體狀況如表1所示。

3 電壓互感器過熱異常故障分析

3.1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

依據(jù)DL/T 393—2010《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》的基本要求，當(dāng)電壓互感器出現(xiàn)過熱異常時(shí)，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)需要做出相關(guān)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)工作，以保證及早排除故障。

從電壓互感器的油箱采集適量的絕緣油樣，測(cè)試油樣的含水量、氣體成分以及油耐壓等，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)和資料等進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比。例如，絕緣油耐壓警示值在額定狀況下應(yīng)該為35kV，含水量應(yīng)該小于24mg/L。經(jīng)過有效的測(cè)試實(shí)驗(yàn)后得出，絕緣油的耐壓值為24.7kV，含水量在38mg/L。可見，實(shí)際的數(shù)值都已超過額定的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)中，乙炔（C2H2）含量應(yīng)保持在3μL/L以下，氫氣（H2）警戒值在150μL/L以下。由以上數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)可知，實(shí)際的比值都已超過相應(yīng)的數(shù)值，可推斷出油樣中存在電弧放電故障。電弧放電引起部分油品的消耗，進(jìn)而造成機(jī)體升溫。

在故障發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)，還需要測(cè)算電容數(shù)值，因?yàn)楫?dāng)發(fā)生故障導(dǎo)致升溫時(shí)，有可能出現(xiàn)串聯(lián)電容被擊穿的情況。

表1 線電壓值和避雷器泄露電流數(shù)據(jù)表

3.2 電容式電壓互感器母線電壓分析

在一些超高壓、大容量的電網(wǎng)安裝過程中會(huì)加裝無功補(bǔ)償裝置，作用是補(bǔ)償容性充電功率和輕負(fù)荷時(shí)吸收無功功率，從而有效地控制無功潮流并穩(wěn)定相應(yīng)的內(nèi)部電壓。

在無功設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，可利用伏安特性曲線的非線性因素對(duì)其進(jìn)行分析。在斷路器有效運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，電流自然過零點(diǎn)。此外，可從側(cè)面論證無功補(bǔ)償器部分未出現(xiàn)故障，因此電壓互感器異常發(fā)熱狀況與電壓互感器內(nèi)部的無功設(shè)備無關(guān)。

3.3 電壓互感器工作分析

在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下，中間變壓器在保持非飽和線性伏安特性下的實(shí)際磁阻抗較大。但是，檢測(cè)中得出負(fù)載阻抗遠(yuǎn)大于勵(lì)磁阻抗。在系統(tǒng)運(yùn)作過程中，由于受到電壓的影響，中間變壓器會(huì)出現(xiàn)飽和狀況，導(dǎo)致實(shí)際的阻抗下降，進(jìn)而可能出現(xiàn)串聯(lián)諧振。在該狀況下，回路中的電流在流經(jīng)中壓電容時(shí)會(huì)出現(xiàn)電壓激增現(xiàn)象，從而導(dǎo)致設(shè)備損毀。然而，實(shí)際的檢查和測(cè)試結(jié)果顯示，基本的電壓數(shù)值和電流數(shù)值并未出現(xiàn)異常，所以可排除中間變壓器出現(xiàn)故障導(dǎo)致的電壓互感器異常發(fā)熱故障問題。

3.4 電磁單元發(fā)熱故障分析

阻尼器是電壓互感器的重要組成部分，起到串聯(lián)回路、分頻諧振和高頻諧振的作用。如果響應(yīng)的互感器電壓較大，會(huì)擊穿阻尼器，導(dǎo)致電壓互感器出現(xiàn)異常升溫故障。電路檢測(cè)裝置可以檢驗(yàn)阻尼器的完好程度，因?yàn)閷?shí)際擊穿的阻尼器在阻值上會(huì)發(fā)生極大的變化，所以可通過簡(jiǎn)單的電磁單元阻值檢驗(yàn)獲知其數(shù)據(jù)的變化。如果實(shí)際檢測(cè)值與正常值無較大差別，則阻尼器起到了有效作用。若檢測(cè)值變化較大，則阻尼器可能被擊穿。更換合格的阻尼器后，若設(shè)備運(yùn)行正常，則可確定是由于電磁單元阻尼器被擊穿造成的發(fā)熱故障；反之，需要進(jìn)行更細(xì)致的檢驗(yàn)。

4 電壓互感器過熱異常故障預(yù)防

電壓互感器過熱異常故障會(huì)影響電網(wǎng)整體的安全性和穩(wěn)定性，因此在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中需要做好相應(yīng)的預(yù)防與治理工作，從而保障電壓互感器正常工作。

4.1 加強(qiáng)紅外測(cè)溫

需優(yōu)化與落實(shí)電壓互感器的紅外監(jiān)測(cè)和普通測(cè)溫，尤其是停電狀況下的機(jī)械測(cè)溫工作。另外，需建立異常設(shè)備溫控變化圖譜，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)與紅外測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行電壓互感器的實(shí)時(shí)測(cè)溫對(duì)比工作，繼而有效預(yù)防電壓互感器過熱異常故障。

4.2 二次電壓監(jiān)測(cè)

除了外部監(jiān)測(cè)過程，還需要有效落實(shí)內(nèi)部監(jiān)測(cè)過程。在電壓互感器中，需要有效監(jiān)測(cè)二次電壓數(shù)值。在日常巡視中，應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，并記錄電壓互感器的二次電壓，結(jié)合有效的紅外監(jiān)測(cè)設(shè)備，形成內(nèi)外雙重監(jiān)測(cè)，從而最大限度地降低電壓互感系統(tǒng)發(fā)生故障的概率。

4.3 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)

為預(yù)防電壓互感器發(fā)生故障，需要操作人員在日常使用中加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)與維修工作，并定期清潔和保養(yǎng)設(shè)備。維修人員要記錄設(shè)備中各種零件的使用期限，并及時(shí)更換達(dá)到使用期限的零件，防止由于零件的老化造成電壓互感器故障。此外，需要按時(shí)記錄設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，尤其是維修狀況和維修措施。

4.4 改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)

通常，電壓互感器在其設(shè)備下端的連接處未安裝密封圈，因此在設(shè)備運(yùn)行過程中會(huì)有雨水滲入，繼而造成設(shè)備故障。所以，需要有效密封電壓互感器的下端，將可能滲水或者與外部聯(lián)通的地方進(jìn)行密閉和防水處理，有效杜絕外部環(huán)境對(duì)電壓互感器的影響。

5 結(jié)語

電壓互感器發(fā)生異常發(fā)熱現(xiàn)象是由多方面原因造成的。因此，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行全面檢驗(yàn)，包括電容檢驗(yàn)、電阻檢驗(yàn)以及設(shè)備滲水檢驗(yàn)，以及時(shí)確定故障原因，方便后續(xù)的維修工作。同時(shí)，在日常的生產(chǎn)過程中也需要加強(qiáng)對(duì)電壓互感器的監(jiān)控、維修和維護(hù)，一方面保證設(shè)備正常運(yùn)行，另一方面有效杜絕故障和意外的發(fā)生，以提高我國(guó)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。