電容式電壓互感器介損超標案例分析

蘇同斐 李紅剛

摘要：針對某電容式電壓互感器運行過程中出現介質損耗因數超標的情況，通過綜合試驗及設備解體，最終發現了導致設備損壞的原因，為今后出現此類設備故障分析提供了參考依據。

關鍵詞：電容式電壓互感器;介質損耗因數;電容量;分壓電容;中間變壓器

0 引言

2019年某月，試驗人員在對某變電站110 kVⅡ段電容式電壓互感器進行例行試驗時，發現B相電容式電壓互感器介損和電容量超標。取其中間變壓器的油樣發現，油有焦味，呈混濁狀，分別對油樣進行了耐壓試驗，測量油中微水含量，并進行了色譜分析，油的擊穿電壓已經低于標準規定值，油中微水含量滿足標準要求，色譜數據顯示氫氣、乙烯、乙炔等多種氣體含量明顯超標，初步判斷電容式電壓互感器內部發生了電弧放電故障。隨后，檢修人員對該電容式電壓互感器解體檢查發現，分壓電容器和中間變壓器一次繞組存在電弧放電痕跡和過熱痕跡。

1 綜合試驗分析

2019年某月，試驗人員在對某變電站110 kVⅡ段電容式電壓互感器進行例行試驗時，測得B相數據異常，具體的電容量及介質損耗因數測試數據如表1所示。

《輸變電設備狀態檢修試驗規程》（Q/GDW 1168—2013）規定：110 kV膜紙絕緣型電容式電壓互感器介損因數應不大于0.25%，電容量初值差不超過±5%[1]。表1中實測B相電容式電壓互感器中壓電容介質損耗因數和電容量顯著增大，明顯大于上次歷史數據，電容量初值差達到15%。分析判斷中壓電容存在故障，電容式電壓互感器電容單元的高壓電容和中壓電容均由薄膜電容串聯組成，每片薄膜電容值基本相同，但薄膜電容數量不同。根據試驗測量值，初步判斷中壓電容中部分薄膜電容被擊穿。

取電容式電壓互感器中間變壓器的油樣發現，油有焦味，呈混濁狀。分別對油樣做耐壓試驗，測量油中微水含量，并進行色譜分析。油耐壓及微水含量測試數據如表2所示。

從表2中可以看出，油的擊穿電壓已經低于標準規定值，油中微水含量滿足標準要求，其色譜分析結果如表3所示。

從表3中可以明顯看出，H2含量已經超過標準規定值（150 μL/L）的數倍，說明中間變壓器存在高能量放電，導致油在高溫下分解出大量氣體。油中含有大量的C2H2，說明中間變壓器確實存在劇烈的電弧放電現象，絕緣已經被擊穿，CO和CO2含量也明顯增大（在油中占比遠超3%），說明繞組絕緣已經在電弧放電產生的高溫下碳化分解。運用三比值法進行分析[2]：C2H2/C2H4≈2.01、CH4/H2≈0.30、C2H4/C2H6≈0.46，編碼組合為（1、0、2），初步判斷電容式電壓互感器內部發生了電弧放電故障。停電檢修前為雷雨多發期，結合油色譜試驗分析數據、電氣試驗數據，初步判斷該電容式電壓互感器曾遭受雷擊過電壓，致使其電壓升高，最終因為負荷電流大，導致燒蝕其分壓電容器及熱損壞中間變壓器。

2 解體分析

檢修人員對故障電容式電壓互感器進行解體檢查，吊出電容分壓器部件，發現存在大量黑色顆粒物。

使用萬用表測試C1電容量為29 100 pF，C2電容量為51.2 pF，C1電容量正常，C2電容量變化巨大，明顯小于初始值（62 380 pF）。測試上節電容C1每個電容元件的電容量，共計74個電容元件，電容元件是正常的，電容量為2.20 nF左右。測試上節電容C2每個電容元件的電容量，共計34個電容元件，前33個電容元件正常，電容量為2.20 nF左右，最后一個電容單元（第34個單元）測試不通，檢查發現電容元件接線端子處表面燒蝕嚴重，該電容元件電容膜紙已被燒蝕碳化擊穿，如圖1所示。

對電容式電壓互感器中間變壓器進行檢查發現，中間變壓器表面有燒蝕痕跡，如圖2所示，對中間變壓器一次繞組串聯的過電壓保護元件進行絕緣電阻測試，絕緣電阻為0 MΩ，證實該避雷器已經被短路擊穿，造成絕緣電阻數值異常。過電壓保護元件被擊穿如圖3所示。說明該電容式電壓互感器二次繞組有內部短路或外部短路負荷，由于內部短路時造成的損壞程度較為嚴重，從解體情況看其損壞程度較輕。電容式電壓互感器在承受過電壓后導致絕緣損壞，造成分壓電容器燒蝕，另外，中間變壓器絕緣在高電壓下被擊穿，繞組出現匝間或層間短路。

3 最終原因分析

電容式電壓互感器（CVT）中電容分壓器的主要作用是將一次側的高電壓降到某一數值的中間電壓，該電壓通過中壓套管由中壓連線發送至電磁單元，然后電磁單元將中間電壓減小至100 V、100/√3 V的二次電壓。當電容式電壓互感器處于正常運行狀態時，其等效電容C的容抗等于中間變壓器漏抗和補償電抗器L的感抗之和，確保電容式電壓互感器二次輸出電壓滿足一定的精度要求[3]。

根據電容式電壓互感器工作原理（圖4），其等效電路可以看作由C1、C2組成的電容分壓器，二次電壓U2=k（XC2/XC1）UC1，其中C1是由許多電容元件進行串聯組合而成的等值電容[4]。顯然，二次電壓U2與C1、C2的容抗及一次電壓有關。當二次電壓U2出現異常升高時，可能的情況包括：中間變壓器一次繞組匝間短路;C2部分存在漏油導致介質常數減小，引起容抗升高;C1中某些串聯電容元件在電弧作用下燒蝕，導致擊穿時引起電容值升高等。當C1電容存在漏油情況引起容抗增大時，帶來的后果是引起U2的異常降低。當C2上存在過電壓時，保護元件F（氧化鋅避雷器）會發生放電擊穿現象，為補償電抗器、中間變壓器、分壓電容C2提供保護作用[5-6]。

該故障電容式電壓互感器停電檢修前，為雷雨多發期，結合試驗數據及解體檢查情況，其在雷電過電壓下，電壓升高，最終因為負荷電流大，導致其分壓電容器發生放電燒蝕現象，另外，中間變壓器在電弧放電生成的高熱量下被損壞。

4 結語

在電容式電壓互感器常規試驗過程中，需嚴格按照規程標準對其進行試驗，如遇試驗數據異常，需多角度、多項目監測并對比分析，對故障電容式電壓互感器有針對性地采用絕緣特性試驗并結合絕緣油試驗方法進行綜合判斷，能夠迅速準確地判斷故障類型和故障部位。電容式電壓互感器發生電壓異常故障后，應盡快進行檢查，確定故障原因及部位后及時進行更換或處理，以確保設備的安全、穩定運行。

在對故障電容式電壓互感器進行分析時，要根據各項試驗數據進行綜合診斷，各項試驗數據起到了相互印證、相互補充的作用，不能根據單一的某一項試驗結果妄下結論?；诙喾N試驗數據的綜合診斷，能夠準確地對電容式電壓互感器故障進行定性和定量識別。

[參考文獻]

[1] 輸變電設備狀態檢修試驗規程：Q/GDW 1168—2013[S].

[2] 趙洋.基于三比值法的變壓器常見故障分析及保護[J].電力系統裝備，2019（7）：146-147.

[3] 咸日常.電容式電壓互感器常見故障分析和處理方法和預防措施[J].變壓器，2002（5）：38-41.

[4] 羅婉婷.電容式電壓互感器介損超標的原因分析及處理[J].電子技術與軟件工程，2015（23）：253.

[5] 蘇鳳飛，高鵬，周浩.幾種電壓互感器典型故障類型分析[J].陜西電力，2014，42（1）：65-68.

[6] 穆靖宇，華超.一起CVT分壓電容器擊穿事故的處理和分析[J].電力電容器與無功補償，2014，35（4）：75-78.

收稿日期：2020-06-05

作者簡介：蘇同斐（1987—），女，山東沾化人，工程師，從事電氣試驗相關工作。