三起電容式電壓互感器故障分析*

任曉麗，何幫華，周全旭

(國網張掖供電公司，甘肅 張掖 734000)

0 引 言

近年來，電容式電壓互感器(簡稱CVT)由于其維護方便，主絕緣主要由分壓電容器承擔，不易造成惡性事故；運行可靠性高、結構簡單，在電網中廣泛應用。但是由于受廠家的生產工藝、設計、材料等因素的影響，CVT存在的質量問題也比較多，故障率也較高，嚴重威脅到電網的安全穩定運行。為了能夠及時發現CVT在運行中存在的內部故障，必須定期對其進行油色譜分析或專項普查。筆者重點通過對三起發生故障的電容式電壓互感器從電氣試驗及絕緣油方面進行分析、計算，得出原因結果并提出預防措施。

1 電容式電壓互感器結構特點

電容器電壓互感器由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由C1高壓電容和C2中壓電容串聯組成。電磁單元由中間變壓器、補償電抗器串聯組成。電容分壓器可作為耦合電容器，在其低壓端N端子連接結合濾波器以傳送高頻信號。通過電容分壓器的分壓，將分壓后得到的中間電壓(一般為10～20 kV)通過中間變壓器降為100/3 V或100 V的電壓，為電壓測量及繼電保護裝置提供電壓信號。為了補償由于負載效應引起的電容分壓器的容抗壓降，使二次電壓隨負載變化減小，在中壓回路中串接有電抗器，設計時使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到規定的負荷范圍和準確級的電壓信號。在中間變壓器二次側的一個繞組上，接有阻尼器，以便能夠有效地抑制鐵磁諧振。其電氣原理圖見圖1。

圖1 電氣原理圖

2 故障設備情況

此文案例2∶ 35 kV電容式電壓互感器其型號為：TYD3-35/-0.02HF，廠家為桂林電力電容器有限責任公司，2013年08月出廠。

3 三起故障異常現象及試驗結果

3.1 某變電站110 kV電壓互感器故障

2018年10月07日，某變電站110 kVI段母線電壓互感器C相二次電壓突降，約為30 V，經保護人員現場檢查后，未發現保護方面的問題，隨后電氣試驗人員對該電壓互感器進行了電氣診斷性試驗及油色譜試驗，電氣診斷試驗項目主要有絕緣電阻測試、介損測試及直流電阻測試，試驗結果如表1～4所列。

表1 絕緣電阻試驗數據 /mΩ

表2 介損及電容量試驗數據

表3 直流電阻測試數據 /Ω

表4 絕緣油色譜試驗數據

以上試驗結果的分析如下。

(1) 電氣試驗項目雖在合格范圍內，但C相做介損試驗時一次側電壓達不到2.5 kV的要求，僅為281.6和291.5 V。

(2) 色譜分析乙炔超過注意值30多倍，氫氣超過注意值10倍，總烴超過注意值200多倍，通過對表中數據進行初步分析，其特征氣體含量均超過規程規定的注意值很多，利用特征氣體法可初步判斷該電壓互感器內部存在過熱兼放電故障。

3.2 某110 kV變電站電壓互感器故障

2019年01月24日，某110 kV變電站110 kVI段電壓互感器A相二次電壓異常，隨后電氣試驗班對其進行了診斷性試驗及油色譜取樣分析試驗，油色譜分析試驗合格，電氣試驗結果如表5～7所列。

表5 絕緣電阻試驗數據 /mΩ

表6 介損及電容量試驗數據

表7 直流電阻測試數據 /Ω

對以上試驗結果的分析：絕緣油色譜分析結果正常；電氣試驗項目絕緣電阻及直流電阻均合格，介損及電容量試驗結果：采用自激法測試A相C2介損及電容量均超過標準。

3.3 某變電站35 kV電壓互感器故障

2019年02月15日，某110 kV變電站35 kVI段電壓互感器A相保險熔斷，更換后投運發生噴油現象，隨后電氣試驗班對該電壓互感器進行了電氣診斷性試驗及絕緣油色譜分析試驗，色譜分析結果合格，電氣試驗結果如表8～10所列。

表8 絕緣電阻試驗數據 /mΩ

表9 介損及電容量試驗數據

表10 直流電阻測試數據 /Ω

對以上試驗結果的分析：

絕緣油色譜分析試驗結果合格；電氣診斷性試驗結果A相電壓互感器一次絕緣電阻為0，直流電阻試驗合格，介損及電容量試驗：電壓達不到2 kV，介損測試不出來，電容量初值差嚴重超標，B相介損超標、電容量初值差達到標準要求。

4 色譜綜合分析判斷故障

對于故障1色譜分析結果不合格的設備，由于規程規定在電壓互感器中，乙炔含量的注意值為3 μL/L，氫氣含量的注意值為150 μL/L，總烴含量的注意值為100 μL/L，針對該相(C相)電壓互感器乙炔、氫氣、總烴含量均嚴重超過注意值，故做出如下分析判斷：

(1) 特征氣體法判斷

結合上述分析結果，得到的結果都是總烴含量較高，甲烷大于乙烯含量，乙炔占總烴量的2%以下，它符合過熱故障的特征氣體，因此，可初步判斷該電壓互感器內部存在過熱故障。

(2) 利用IEC三比值法判斷

根據三比值的計算方法及判斷原則，分別將乙炔、乙烯、甲烷、氫氣、乙烷五鐘氣體的含量帶入三對比值(乙炔/乙烯、甲烷/氫氣、乙烯/乙烷)中進行計算，得出比值編碼為“021”，對照故障性質的判斷，得出故障類型為300～700 ℃的中溫過熱故障，這與特征氣體法判斷結果相吻合。

(3) 利用羅杰斯法四比值法判斷

根據四比值的計算方法及判斷原則，同理將乙炔、乙烯、甲烷、氫氣、乙烷五鐘氣體的含量帶入四對比值(甲烷/氫氣、乙烷/甲烷、乙烯/乙烷、乙炔/乙烯)中進行計算，得出四比值編碼為“2010”，對照故障性質的判斷，得出故障類型為一般過熱故障。

另外，乙炔超過注意值30多倍，由于乙炔是放電故障的特征氣體，所以結合分析可判斷該電壓互感器存在過熱兼放電故障。

5 故障源溫度的估算

針對故障1色譜分析結果，由于三比值和四比值等判斷方法都能反映出比值與溫度的依賴關系，通常情況下，當故障點溫度超過400 ℃時，比值與溫度成直線關系急劇上升。所以，針對該類型故障的互感器，將乙烯和乙烷的含量帶入溫度估算公式：T=322log(C2H4/C2H6)+525中，經計算，其故障源溫度約為624.66 ℃，介于300～700 ℃之間，屬于中溫過熱，通過對故障源溫度估算，結合其他故障判斷方法，可診斷為該電壓互感器存在內部過熱并兼有放電性故障。

6 絕緣油透明度及氣味的判斷

由于故障1設備從分析結果來看故障發生在電磁單元，所以將故障互感器電磁單元中的絕緣油置于光線充足的地方，觀察后發現其顏色呈暗淡黃色并且粘度較大，不是呈透明且略帶藍色，另外，用鼻子嗅發現氣味中帶有刺鼻的燒焦味，由此可判斷該電壓互感器內部存在傷及到了設備內部絕緣材料的過熱或放電故障。

7 故障原因分析

對于像CVT這種設備，其故障多見于下列原因。

(1) 絕緣受潮。當設備直接進水受潮時，往往絕緣突然擊穿，導致事故發生。這種事故是無法預知的。但是運行中少油設備絕緣有很多是緩慢受潮的，這時從設備底部取油樣分析油中溶解氣體含量并配合其他判斷方法進行故障原因的判斷。

(2) 制造質量問題。由于制造質量不良，如絕緣不清潔，絕緣包繞松散，絕緣層間有皺折、空隙、少放電屏而造成均壓效果不佳，真空處理不徹底等。這類質量缺陷會使設備在運行中發生局部放電，嚴重時會發生樹枝狀放電，產生乙炔氣體。

(3) 末屏引線或接地線接觸不良，甚至斷線引起火花放電。這種情況在尚未導致絕緣擊穿前，火花放電將產生大量的氫氣、乙炔和其他烴類氣體，當放電涉及固體絕緣時，還產生大量的一氧化碳和二氧化碳。

因此得出結論：上述幾起電容式電壓互感器不論是電氣診斷性試驗，還是絕緣油色譜分析試驗結果都不符合規程規定，不能投入運行，需立即更換。

(1) CVT故障后應根據現場實際設備的故障特點同時進行絕緣油色譜分析及電氣試驗，以便確定故障是發生在電容分壓屏還是電磁單元。

(2) 針對像CVT這種設備，應盡量縮短分析周期，并應加強絕緣油色譜分析，以便及時有效地發現設備內部故障，進而制定出科學的處理措施，防止設備燒毀及爆炸事故的發生。

8 預防措施

(1) 對電容式電壓互感器如發現滲漏油，應停止使用。

(2) 當電容式電壓互感器介損增長時，應盡快予以處理或更換，避免發生事故。

(3) 應注意對電壓互感器電磁單元部分進行認真檢查，當阻尼器未接入時不得投入運行，當發現有異常響聲時，應將互感器退出運行，進行詳細試驗、檢查并立即予以處理；當測試電磁單元對地絕緣電阻時，應注意內接避雷器絕緣電阻的影響；當采用自激法測試電容分壓器C1和C2的介損和電容量值時，應注意控制N點電壓不超過3kV。

(4) 運行期間應經常注意阻尼裝置的工作狀況，發現損壞或阻值變化并超過制造廠所允許的范圍時，應停止使用，立即更換。

(5) 不要使二次側短路，以免因短路造成保護間隙連續火花放電，并造成過電壓而損壞設備。

(6) 運行期間應經常檢查電容式電壓互感器的電氣連接及機械連接是否可靠與正常。

9 結 語

針對電容式電壓互感器因生產工藝、設計、材料等因素的影響，為了能夠及時發現CVT在運行中存在的內部故障，必須定期對其進行油色譜分析或專項普查，不論式電氣診斷性試驗，還式絕緣油色譜分析，一旦發現其試驗結果不合格，堅決不能投入運行，需立即更換。