運行中的電容式電壓互感器二次失壓故障的分析和試驗方法

電容式電壓互感器一般適用于110 kV及以上電壓等級，由于受設計制造經驗、工藝水平和原材料等多種因素的限制，如果投運后發生故障，就會影響電網安全運行；由于運行環境和電壓等級的影響，特別是220 kV的設備個頭高大，引線沉重，拆頭電氣試驗的難度大；特別是在設備故障狀態下，由于受停電范圍的限制，各種電磁干擾嚴重，通過常規電氣試驗方法準確判斷故障部位就更加困難。筆者通過一只在運行中二次失壓后的220 kV電容式電壓互感器，在現場對故障進行分析判斷，介紹試驗方法、現場修復和改進方案，給出現場類似故障的分析處理方法，以及設備在不拆頭狀態下查找故障的試驗方法。

故障現象

2007年12月，某220 kV變電站，220 kV線路A相電容式電壓互感器在電網正常運行條件下，發生故障，與之相關的保護誤發信號，3個二次電壓線圈全部無電壓輸出。該電容式電壓互感器型號為TYD220/√3-0.005H，1994年7月產品。為了便于故障分析的情況說明和論述，首先給出其結構原理圖（圖1）。

該電容式電壓互感器由2節瓷套外殼封閉的電容分壓器和安裝在下部油箱的電磁單元兩部分構成，其中C11安裝在上節瓷套內，C12和分壓電容共裝在第4節瓷套內；其電容量分別為：C11＝10 202 pF，C12和C2串聯后的電容量為10 079 pF（其中C12＝125 700 pF，C2＝491 900 pF）。油箱電磁單元中變壓器的一次端A在第4節瓷套內，連接在C12和C2之間；3個二次繞組的接線端子al—xl，a2—x2，af—xf通過接線盒引出，X端在出線盒接地。

故障發生后，在運行狀態下，電氣試驗人員分別直接對3個二次電壓線圈進行輸出電壓測量，確認電壓輸出為零（正常狀態分別為100/√3和100 V）；現場檢查電容式電壓互感器外觀正常無異音現象。

故障原因的判斷分析

由其工作原理可知，分壓電容器C2和油箱電磁單元正常狀態下承受的額定電壓為13 kV，而整臺電容式電壓互感器承受的電壓為220 kV；如電磁單元部分對地短接，不承受13 kV的電壓，二次將失去電壓輸出，對設備整相承受電壓的能力影響較小。而假設電容分壓器C11存在缺陷，該節將承受較低的電壓，下節承受的電壓升高，會造成整臺設備運行異常。有二次電壓輸出但不是正常值，設備會有異音發出或損壞。如果電磁單元的變壓器一次端斷線，電壓將不能正常傳遞，二次失去電壓輸出；若C2的電容量變大，二次電壓輸出且會降低。由此可見，在電容式電壓互感器能夠承受系統正常電壓的前提下，結合其結構特點，可以確定二次失去電壓的原因與電容量的變化無關，C11和第4節瓷套中的C12電容本身正常，故障原因可能為：1）電磁單元變壓器一次引線斷線或接地；2）分壓電容器C2短路；3）油箱電磁單元燒壞、進水受潮等其他故障。

隨后對設備停電，通過電氣試驗對故障原因進一步具體分析。

電氣試驗分析原因

由于設備高大，引線沉重，周圍設備全部帶電，拆除引線的難度和危險性都比較大，故本次試驗采用不拆頭的電氣試驗方法。

試驗方案1在電容式電壓互感器上端H點接地狀態下，從二次線圈al—xl反向加壓，在下節瓷套上端B處直接測量一次電壓（可用測量變壓器T，電容式分壓器或周圍停電的其他相電容式電壓互感器），試驗接線見圖2。

圖2中C11的電容量為102 020 pF，若在二次線圈al—xl上，加Ua1xl＝10 V的電壓，在電容式電壓互感器正常狀態下，B點測的電壓的理論值UB，即B點應測量到1.77 kV的電壓。

但在實際加壓過程中，電磁單元變壓器二次側電流急劇上升，試驗變壓器過流掉閘，電容式電壓互感器的B點測不到電壓，進一步說明分壓電容器C2或油箱電磁單元部分短接，電壓不能反向傳遞。

試驗方案2從B點加壓反接進行電容量和介質損失角的測量，考慮現場的電磁干擾嚴重，采取故障相和非故障相比較法，由于XL>>Xc，故可忽略電磁單元變壓器電感影響。試驗接線見圖3。

B和E兩點間的電容量為C11和C2、C12串聯再并聯的電容量；理論計算值C＝Cl1＋1／（1／C2＋1／C12）＝184 583 pF。若A點接地，B和E兩點間的電容量為C11和C12并聯的電容量；理論計算值C＊＝C11＋C12＝227 720 pF，顯然C＊應該大于C。現場實際測量的結果為：

故障相：C＊＝227 600 pF，介質損失角小于0.1。

非故障相：C＝184 481 pF，介質損失角小于0.1。

同樣C＊大于C，得出和理論計算值相同的結果，而介質損失角正常，進一步證實電容式電壓互感器無二次電壓輸出，與分壓器電容量的變化及各類斷線無關，而是由電磁單元變壓器一次接地引起。

解體檢查與故障處理

根據試驗分析的結論和綜合判斷情況，在準備好一些常規絕緣材料，將電容式電壓互感器下節瓷套和底座油箱單元解體檢查，發現電磁單元變壓器至分壓電容器之間的連接線因過長而與箱殼碰觸，并有明顯的燒傷放電痕跡；分別測量電磁單元變壓器和氧化鋅避雷器的絕緣電阻均在10 GΩ以上。隨后將該聯結線縮短，并用絕緣材料包扎固定，回裝完畢后，再用試驗方案2測量其電容量和介質損失角，C＝184 561 pF，介質損失角小于0.1，測量結果與相鄰非故障相及理論計算值基本一致，投入運行后運行正常，該故障點消除。

（作者單位：1 河南省周口師范學院實驗室與設備管理處2 河南省汝州市電業局變電運行部）