關于電容式電壓互感器一次故障的分析

摘 要：電容式電壓互感器（以下簡稱“CVT”）是發電廠和變電站具有獨特結構的電氣設備，兼具電壓互感器和電力線路載波耦合裝置多種功能的電氣設備。本文首先對故障情況與設備配置進行分析，然后對故障原因分析及驗證進行討論，并提出了有效的預防措施，有效地發現設備故障，保證了設備的安全穩定運行。

關鍵詞：介質損耗；電容器配件；放電

中圖分類號：TM451.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0101-02

1 故障情況與設備配置

華電新疆發電有限公司紅雁池電廠，裝機容量4×200MW共4臺燃煤發電機組，1、2號機組使用的是北京重型電機廠生產的發電機，3、4號機組使用的是哈爾濱廠生產的發電機，總裝機容量達80OMW。CVT用的是西安電力電容器廠生產的型號為：TYD2220/3-0.01H電容式電壓互感器，額定一次電壓：220/3kV，額定電壓因數：1.5U30s絕緣水平：440/1056kV，額定容量：0.01μF，總重量：982kg，出廠日期：1998年8月。

華電新疆發電有限公司紅雁池電廠220kV變電站I母母線CVTA相于1999年投運。2016年4月運行值班員發現I母母線電壓互感器電壓比其他兩條母線電壓升高5kV，通知電氣二次人員檢查，二次保護人員到變電站內電壓互感器二次端子箱檢查發現A相二次電壓升高到65.3V，其他兩相二次電壓為57.7V。

1.1 電氣一次試驗部分

2016年4月I母停電檢查二次回路未見異常后進行高壓試驗，測試其電容量及介質損耗，上節耦合電容器C12正接線測量，下節采用自激磁法測量C11、C2（見圖1）。

測量前T的末端接地，二次繞組開路，接上R，然后通過dadn施加電壓，為防止自激磁法測量中損壞CVT，測量C時所加電壓按Udadn=2000/（13000/100）=15.38V計算值取2kV。試驗采用濟南泛華AI6000E型自動電橋，一次電壓手動設置為2kV，為防止諧振出現過流故障，電流設置為10A，二次電壓設置為20V。測試數據見表1。

通過表1發現C11電容量明顯增大，介損并無增大，電容量與出廠對比已增加了13.8%，表明有CVT內部有電容擊穿故障。測量時可看到CVT的下節有滲油，初步分析220kV變電站I母母線CVTA相下節套管密封破壞，電容分壓器的絕緣油緩慢滲漏到外部和電磁單元油箱中導致上部電容器單元逐步缺油受潮而擊穿[1]。

1.2 油化試驗部分

同時，為進一步分析確定電壓互感器內部故障狀態，聯系化學人員對電壓互感器下部及電容芯部分絕緣油進行了試驗分析。從充油電氣設備色譜分析報告可以發現：電容芯部分絕緣油水分含量較高，已超過規程規定值，下部含水量正常，考慮到互感器上下部分使用的絕緣油一般情況下是同批次的，所有油質應該相差不大，即便因為電壓等級、運行環境不一樣，也不太可能出現這么大的偏差。還有油介損分析，電容芯部分（溫度90℃）介質損耗值是3.2%，電容芯部損耗較大，綜合分析可能受潮，存在氣泡，導致油介損值偏大。在看I母母線CVTA相下部油箱，通過油色譜發現，CVTA相下部油箱油色譜氫氣超標嚴重，同時絕緣油各項均超標，特別是乙炔含量超標嚴重，懷疑下部同時存在過熱放電的現象。

2 故障原因分析及驗證

2.1 電容式電壓互感器原理

電壓互感器（以下簡稱“CVT”）總體上可分為電容分壓器和電磁單元兩大部分。電容分壓器由電容C1及C2電容組成，電磁單元則由中間單元變壓器、電抗器及過壓保護裝置、阻尼線圈等組成，如圖2所示。

2.2 計算驗證與結論分析

測試表明發生異常后，電壓互感器上、下兩節的C11部分總電容。實際測量的二次電壓65.3V比其他正常運行二次電壓57.7V增加了13.2%左右接近，表明測量過程與結果正確。

電容式電壓互感器（以下簡稱“CVT”）是發電廠和變電站有獨特結構的電氣設備，兼具電壓互感器和電力線路載波耦合裝置多種功能的電氣設備。在實際使用中，能可靠阻止發生電氣設備的鐵磁諧振。電容式電壓互感器下節套管密封破壞，電容分壓器的礦物油緩慢滲漏到下部電磁單元油箱中，導致上部電容器單元逐步缺油，空氣水分進入。測量中C11電容量增大，下部的C2部分由于仍浸在絕緣油中，其絕緣性能仍保持完好，無電容器元件擊穿，介損增加很少，與測量結果吻合[2]。

由此得出，在該臺電壓互感器的下節中，C11部分未擊穿元件僅占C11′元件總數的13.8%，但由于上節分壓承擔著系統主要電壓的作用，而未發生事故。對最下節電容分壓器，由于電容分壓器中的密封由于長時間的溫度變化，導致橡膠密封圈損壞，部分絕緣油滲漏到外部，還有就是空氣中的水分進入到絕緣油中，絕緣油受潮，氫氣含量增大。下部雖然無電容，但中間變壓器單元在長期的溫度變化中，橡膠密封圈同樣失效，導致受潮，由于上部分壓電容的增大，上部分壓電容分的電壓減少，下部電磁單元電壓升高，導致出現間歇式放電，出現少量的乙炔。此典型案例表明：通常CVT故障過程較緩慢，通過試驗分析可及時發現故障，特別是電氣元件擊穿故障，故一旦二次電壓三相不平衡，應及時檢測CVT的電容值及介損值，就能發現設備故障。

3 預防措施

（1）加強對同批次電壓互感器進行停電篩查，對發現有異響、油位不正常、二次電壓長期不平衡的互感器，及時采取停電的控制，并分析電容量的變化情況，對發現異常的互感器及時處理。

（2）加強紅外熱成像檢測技術的應用。

4 結束語

綜上所述，2016年9月對I母母線電壓互感器A相進行了更換，投運前的電氣交接試驗正常及化學油色譜分析無異常。投運后，母線電壓與其它兩條母線電壓值一致，設備恢復正常運行狀態。為了保證設備的安全穩定運行，2017年對I母母線電壓互感器其它兩相同樣進行更換。

參考文獻

[1]馬朝華.電容式電壓互感器暫態特性研究[D].鄭州：鄭州大學，2007.

[2]徐長海，王靜君.一起35kV電容式電壓互感器二次電壓異常升高故障分析[J].江蘇電機工程，2014（03）：10～11+14.

收稿日期：2018-8-4

作者簡介：丁永國（1983-），男，黑龍江訥河人，大專，從事電氣檢修技術工作。