一起110 kV電容式電壓互感器故障分析與判斷

石偉

摘 要：電容式電壓互感器是在電容套管電壓抽取裝置的基礎上研制而成的，一般用于110 kV及以上系統。與電磁式相比除具有互感器的作用外，其分壓電容兼作耦合電容器，同時具有沖擊絕緣強度高、制造簡單、體積小、重量輕、經濟性顯著等優點。文章簡要介紹了電容式電壓互感器的基本原理及內部結構，并對其在實際工作中發現的一起110 kV電壓互感器故障進行了分析與判斷。

關鍵詞：電容式電壓互感器；故障；分析；判斷

中圖分類號：TM45112 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）14-0092-02

1 電壓互感器的作用

電壓互感器是發電廠、變電站等輸、配、供電系統不可缺少的一種電器。電壓互感器和變壓器作用相似，都是用來變換線路上的電壓，而電壓互感器變換電壓的目的不像變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，主要是給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和負荷，或者用來在線路發生故障時保護線路中的電氣設備，因此電壓互感器的容量很小，一般都只有幾至幾十伏安，最大也不超過1 kVA。

在線路上接入電壓互感器變換電壓，那么就可以把線路上的高壓電壓，按相應的比例，統一變換為一種或幾種低壓電壓，例如通用的電壓為100 V的儀表，就可以通過電壓互感器，測量和監視線路上的電壓。

2 電容式電壓互感器簡介

電容式電壓互感器（CVT）是通過電容分壓把高電壓變換成低電壓，再經中間變壓器提供給計量、繼電保護、自動控制、信號指示。CVT還可以將載波頻率耦合到輸電線路用于通信、高頻保護和遙控等。

因此與電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外，還具有體積小、質量輕、造價低等特點，還可用于電網諧波監測，因此在電力系統中得到了廣泛應用。

3 電容式電壓互感器工作原理

電容式電壓互感器從中間變壓器高壓端處把分壓電容分成兩部分，一般稱下部電容器的電容為C2，上部的電容器串聯后的電容為C1，則外加電壓為U1時，電容C2上分得的電壓U2為：

U2= （C1/ C1+ C2） U1

調整C1和C2的大小，即可得到不同的分壓比。

為保證C2上的電壓不隨負載電流而改變，串入一適當的電感，即電抗器。

當把電抗器的電抗調整為：

ωL=1/ω（C1+ C2）

時，即電源的內阻抗為零，并經過中間變壓器降壓后再接表計，二次側的負載電流經過中間變壓器變換就可以大大減少，電容式分壓器的輸出容量將不受測量精度的限制。電容式電壓互感器原理接線圖，如圖1所示。

4 電容式電壓互感器和電磁式電壓互感器的區別

4.1 電磁感應式電壓互感器

基本結構也是鐵心和原、副邊繞組。工作原理與變壓器相同，容量很小且比較恒定，正常運行時接近于空載狀態。由于本身的阻抗很小，一旦副邊發生短路，電流將急劇增長而燒毀線圈。

因此，電壓互感器的原邊通常接有熔斷器，副邊則有一點可靠接地，避免當繞組絕緣損毀時，副邊出現對地高電位而造成人身和設備事故。

正常運行時，電力系統的三相電壓對稱，副邊第三線圈上的三相感應電動勢之和為零。一旦發生單相接地時，中性點出現位移，開口三角的端子間就會出現零序電壓使保護動作，從而對電力系統起保護作用。線圈出現零序電壓則相應的鐵心中就會出現零序磁通。所以，這種三相電壓互感器采用旁軛式鐵心或采用三臺單相電壓互感器。電磁感應式電壓互感器的等值電路與變壓器的等值電路相同。

4.2 電容分壓式電壓互感器

在電容分壓的原理上制造。電容C1和C2串聯，U1為原邊電壓，為C2上的電壓。在電容C2兩端并聯一帶電抗的電磁式電壓互感器YH，組成電容分壓式電壓互感器。YH有兩個副繞組，第一副繞組可接補償電容Ck供測量儀表使用；第二副繞組可接阻尼電阻Rd，用以防止諧振過電壓。

電抗可補償電容器的內阻抗，電容式電壓互感器用英文字母簡稱為CVT。CVT多與電力系統載波通信的耦合電容器合用，以降低造價、簡化系統。

5 設備情況

220 kV劉堯變電站110 kVI母電壓互感器，系錦州電力電容器有限公司（原錦州電力電容器廠）生產的TYD110/√3-0.02H型電容式電壓互感器，1999年8月出廠，1999年12月投入運行。

6 故障發現情況

2014年9月22日13：30分，220 kV劉堯變電站值班人員發現110 kVI母C相電壓互感器二次無電壓，立即匯報相關領導，隨后改變運行方式將IⅡ段母線并列運行并將110 kVI母電壓互感器停電退出運行。

7 現場試驗情況

2014年9月23日變電運檢室電氣試驗人員到達現場對110kVI母C相電壓互感器進行了檢查試驗，具體試驗方法及數據如下。

7.1 測試環境

天氣：多云；

大氣溫度：30 ℃；

濕度：55%

7.2 絕緣電阻

上節主電容C1一次對地：20 000 MΩ；

分壓電容C2末端δ對地：23 000 MΩ；

二次繞組對地：260 MΩ；

7.3 直流電阻

af、xf：0.1 066 Ω；

a1、x1：0.01 471 Ω；

a2、x2：0.01 628 Ω。

7.4 介損及電容量測試

①自激法測量主電容C1和分壓電容C2的C和tanδ：無法測出。

由中間變二次繞組af、xf勵磁加壓，中間變一次繞組尾端E點接地，分壓電容C2末端“δ”點接介損電橋高壓端，主電容C1高壓端接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV。

②反接線測量中間變的C和tanδ。

98140PF/5.098%。將C2末端δ與C1首端相連，中間變一次繞組尾端E點懸空，中間變各二次繞組均短接接地用介損電橋反接線測試，加壓2 kV。

③正接線測量主電容C1的C和tanδ：0.051PF/-11473%。

主電容C1高壓端接介損電橋高壓端，分壓電容C2末端“δ”點接地，中間變一次繞組尾端E點接地。中間變各二次各繞組首尾相連接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV。

正接線測量分壓電容C2的C和tanδ：20660PF/21.16%（主電容C1高壓端接地，分壓電容C2末端“δ”點接介損電橋高壓端，中間變一次繞組尾端E點接地。中間變各二次各繞組首尾相連接介損電橋的“CX”端，加壓2 kV）。

8 分析與結論

電氣試驗人員在進行了絕緣電阻和直流電阻試驗后，沒有發現明顯故障點，在用自激法測量主電容C1和分壓電容C2的C和tanδ時，無法升壓，儀器顯示回路斷線，試驗人員隨后用反接線測試中間變的C和tanδ，證實中間變完好，故障點在主電容C1和分壓電容C2上；試驗人員遂采取正接線方法分別對主電容C1和分壓電容C2進行測量，發現主電容C1電容量為0.051PF，tanδ為-11473%。于是判定主電容C1擊穿，造成C相電壓互感器二次無電壓顯示。

參考文獻：

[1] 國家電網公司生產技能人員職業能力培訓教材.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2010.