電壓互感器過熱異常故障研究

楊應山

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司大理局，大理 671000）

隨著社會的發展，社會生產和生活對電力系統的穩定性和安全性提出了更加嚴格的要求。電壓互感器是電力系統中重要的組成部分。保障電壓互感器正常工作，一定程度上就是保障電力系統正常運作。現階段多利用紅外探測器來保障電壓互感器的穩定運行，但是隨著時代的不斷發展，人們對電力系統提出了更加嚴格的要求，需要嚴格落實電壓互感器的保障工作。其中，改善電壓互感器過熱異常問題是現代電力發展和科技發展關注的一個重點。

1 電壓互感器概述

1.1 電壓互感器

電壓互感器是構成電力系統中輸變電項目的重要設備之一[1]。電壓互感器主要用于一次電壓轉換為二次電壓，同時為相應的測量、保護和計數裝置提供有效的電壓。基本的電壓互感器可以分為兩類：一類是電容式電壓互感器（簡稱電容互感器），具有儲存和輸送電力的作用，并為電力系統中的關鍵部件提供相應的電力支持；另一類是電磁式電壓互感器，具備供電功能，還可以作為載波通信耦合電容器使用，在安全性和成本方面有著極大優勢。有關部門發布的數據顯示，電磁單元引起的事故數量是電容分壓器故障數量的120%。但是，在實際的運行過程中，一旦電容式電壓互感器出現問題，會產生連鎖反應造成更嚴重的破壞，其破壞程度相當于電磁式電壓互感器的130%。因此，在實際防護過程中需要對二者進行綜合防護，以防止發生意外事故。

1.2 電壓互感器的運行原理

一般的電壓互感器為組合式單柱結構，由分壓器和電磁單元構成。分壓器由高壓電容和低壓電容構成。電壓經過相應的電容分壓后，接入實際的電磁單元。電磁單元由中壓變壓器、補償電抗器以及相應的阻尼裝置等構成。在實際的運轉過程中，電容式電壓互感器承受來自系統的電壓，經過高壓電容和低壓電容的有效分壓后，通過中間變壓器將實際的高壓變為100V或者更低的電壓，從而為內部設備提供相應的低電壓，保證內部設備（如計量儀表和繼電保護裝置）的正常運轉。

2 故障情況

實際的電壓互感器故障中存在著不可預知性，下面將基于一次故障進行分析與論證。在2019年10月，某變電站運維人員巡視某變電站時發現站內的電壓互感器電磁單元溫度異常，局部溫度達到36.65℃（A相36.65℃、B相28.97℃、C相28.77℃）。當時的環境溫度在21.00℃左右，空氣濕度在65%[2]。

工作人員積極檢查現場，并對相應的電壓互感器和油箱油位進行停電檢查，得出A相無明顯放電痕跡。檢查油位也無異常。檢測電流和電壓后發現二次電壓值微增，其余并無異常。具體狀況如表1所示。

3 電壓互感器過熱異常故障分析

3.1 現場實驗

依據DL/T 393—2010《輸變電設備狀態檢修試驗規程》的基本要求，當電壓互感器出現過熱異常時，設備現場需要做出相關的實驗檢測工作，以保證及早排除故障。

從電壓互感器的油箱采集適量的絕緣油樣，測試油樣的含水量、氣體成分以及油耐壓等，并依據標準、文獻和資料等進行檢測和對比。例如，絕緣油耐壓警示值在額定狀況下應該為35kV，含水量應該小于24mg/L。經過有效的測試實驗后得出，絕緣油的耐壓值為24.7kV，含水量在38mg/L。可見，實際的數值都已超過額定的標準。標準中，乙炔（C2H2）含量應保持在3μL/L以下，氫氣（H2）警戒值在150μL/L以下。由以上數值與標準比對可知，實際的比值都已超過相應的數值，可推斷出油樣中存在電弧放電故障。電弧放電引起部分油品的消耗，進而造成機體升溫。

在故障發生的現場，還需要測算電容數值，因為當發生故障導致升溫時，有可能出現串聯電容被擊穿的情況。

表1 線電壓值和避雷器泄露電流數據表

3.2 電容式電壓互感器母線電壓分析

在一些超高壓、大容量的電網安裝過程中會加裝無功補償裝置，作用是補償容性充電功率和輕負荷時吸收無功功率，從而有效地控制無功潮流并穩定相應的內部電壓。

在無功設備進行運轉的過程中，可利用伏安特性曲線的非線性因素對其進行分析。在斷路器有效運轉的過程中，電流自然過零點。此外，可從側面論證無功補償器部分未出現故障，因此電壓互感器異常發熱狀況與電壓互感器內部的無功設備無關。

3.3 電壓互感器工作分析

在正常運轉狀況下，中間變壓器在保持非飽和線性伏安特性下的實際磁阻抗較大。但是，檢測中得出負載阻抗遠大于勵磁阻抗。在系統運作過程中，由于受到電壓的影響，中間變壓器會出現飽和狀況，導致實際的阻抗下降，進而可能出現串聯諧振。在該狀況下，回路中的電流在流經中壓電容時會出現電壓激增現象，從而導致設備損毀。然而，實際的檢查和測試結果顯示，基本的電壓數值和電流數值并未出現異常，所以可排除中間變壓器出現故障導致的電壓互感器異常發熱故障問題。

3.4 電磁單元發熱故障分析

阻尼器是電壓互感器的重要組成部分，起到串聯回路、分頻諧振和高頻諧振的作用。如果響應的互感器電壓較大，會擊穿阻尼器，導致電壓互感器出現異常升溫故障。電路檢測裝置可以檢驗阻尼器的完好程度，因為實際擊穿的阻尼器在阻值上會發生極大的變化，所以可通過簡單的電磁單元阻值檢驗獲知其數據的變化。如果實際檢測值與正常值無較大差別，則阻尼器起到了有效作用。若檢測值變化較大，則阻尼器可能被擊穿。更換合格的阻尼器后，若設備運行正常，則可確定是由于電磁單元阻尼器被擊穿造成的發熱故障；反之，需要進行更細致的檢驗。

4 電壓互感器過熱異常故障預防

電壓互感器過熱異常故障會影響電網整體的安全性和穩定性，因此在實際設備運行中需要做好相應的預防與治理工作，從而保障電壓互感器正常工作。

4.1 加強紅外測溫

需優化與落實電壓互感器的紅外監測和普通測溫，尤其是停電狀況下的機械測溫工作。另外，需建立異常設備溫控變化圖譜，結合大數據技術與紅外測溫技術進行電壓互感器的實時測溫對比工作，繼而有效預防電壓互感器過熱異常故障。

4.2 二次電壓監測

除了外部監測過程，還需要有效落實內部監測過程。在電壓互感器中，需要有效監測二次電壓數值。在日常巡視中，應該加強監測，并記錄電壓互感器的二次電壓，結合有效的紅外監測設備，形成內外雙重監測，從而最大限度地降低電壓互感系統發生故障的概率。

4.3 加強設備維護

為預防電壓互感器發生故障，需要操作人員在日常使用中加強設備的維護與維修工作，并定期清潔和保養設備。維修人員要記錄設備中各種零件的使用期限，并及時更換達到使用期限的零件，防止由于零件的老化造成電壓互感器故障。此外，需要按時記錄設備的運轉狀況，尤其是維修狀況和維修措施。

4.4 改進密封結構

通常，電壓互感器在其設備下端的連接處未安裝密封圈，因此在設備運行過程中會有雨水滲入，繼而造成設備故障。所以，需要有效密封電壓互感器的下端，將可能滲水或者與外部聯通的地方進行密閉和防水處理，有效杜絕外部環境對電壓互感器的影響。

5 結語

電壓互感器發生異常發熱現象是由多方面原因造成的。因此，當設備發生故障時需要對其進行全面檢驗，包括電容檢驗、電阻檢驗以及設備滲水檢驗，以及時確定故障原因，方便后續的維修工作。同時，在日常的生產過程中也需要加強對電壓互感器的監控、維修和維護，一方面保證設備正常運行，另一方面有效杜絕故障和意外的發生，以提高我國電力系統的安全性和穩定性。