500kV電容式電壓互感器故障原因分析

唐甜 魏宇軒 王一博

摘要：隨著科學技術的發展，電容式電壓互感器在我國500kv電力系統中得到了廣泛的應用。本文針對電容式電壓互感器單相失壓問題，通過電容式電壓互感器的高壓試驗和設備拆卸，分析其故障原因。結合日常檢查和高壓試驗方法，提出相應的預防措施，為同類設備的安全可靠運行提供指導性建議。

關鍵詞：電容式電壓互感器;高壓試驗;故障

引言

電壓互感器主要分為電磁式和電容式兩種。早期我國電網主要使用電磁電壓互感器，它直接通過電磁耦合將高壓轉化為低壓。隨著電力系統的輸電電壓逐步增高，電磁式電壓互感器的體積越來越大，成本也隨之越來越大。電容式電壓互感器（CVT）因其具有體積小、絕緣強度強、性價比高等一系列優點，在電網中得到廣泛的運用。但由于國產CVT廠家眾多，產品質量參差不齊，部分產品家族性缺陷也頻繁發生，影響著電網的安全穩定。

1電容式電壓互感器的基本原理

電容式電壓互感器是由電容分壓器抽取電壓，再經變壓器變壓得到標準二次電壓，提供給保護、測量、計量、控制等儀表裝置使用，其中電容分壓器還可兼作電力線載波通信用。與常規的電磁式電壓互感器相比，電容式電壓互感器不僅可避免因電壓互感器鐵芯飽和引起的鐵磁諧振，還在經濟和安全上有很多優越之處。電容式電壓互感器主要由電容分壓器和電磁單元組成。電容分壓器由瓷套和裝在其中的若干串聯電容元件組成，瓷套內充滿微正壓的絕緣油，并用鋼制波紋管補償不同溫度造成的油壓變化。電磁單元由裝在密封油箱內的中間變壓器、補償電抗器和阻尼裝置組成，油箱頂部留有一定的氣隙。補償電抗器用于消除容抗壓降隨二次負荷變化引起的電壓變化，可使電壓穩定。阻尼裝置由電阻和電抗器組成，跨接在二次繞組上，正常情況下有很高的阻抗，當鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已飽和，只剩電阻負載，使得振蕩能量很快被降低。電容式電壓互感器是電力系統中的重要設備之一，其可靠運行直接關系著電力系統安全與穩定，影響著供電質量。電容式電壓互感器如果故障就可能導致二次電壓消失，造成保護裝置誤動，影響電網安全穩定運行。

2故障原因分析

在以往工程中，500kv線路側電壓互感器常規配置為電磁式電壓互感器。根據《國家電網有限公司35～750kV輸變電工程通用設計、通用設備應用目錄（2019年版）》中，500kv電壓互感器通用設備中，剔除了電磁式電壓互感器，僅保留電容式電壓互感器，故本工程選用單相式電容式電壓互感器。本工程中引起母線電壓不平衡的可能原因有以下幾種：

（1）即當長距離空載線路，線路對地容抗大于線路感抗時，就會發生線路末端電壓升高的現象。實際上，系統中電源容量是有限的，當發生電容效應時，線路的電容電流流過電源上的電感也會造成電壓升高，從而引起電壓不平衡。

（2）電網正常運行時，由于線路的三相對地電容不平衡，即線路換位不完善，線路的三相阻抗不對稱，從而導致電網中性點與地之間存在一定電壓，其電壓值的大小直接與電容的不平衡度有關。

（3）電壓互感器設備本身的故障因素。

（4）三相PT不對稱引起的電壓不平衡。線路PT非全相運行時也會造成電壓不平衡，一相或兩相PT的接入會導致系統三相對地電容的不平衡，從而引起電壓不平衡。

3防范措施

3.1加強對電容式電壓互感器二次電壓的監視

當出現二次電壓異常時，運行人員應迅速判斷二次電壓異常的具體原因，分析是回路問題還是一次設備問題，以便檢修人員迅速做出應急反應。

3.2解體檢查

進一步解體檢查發現，電容單元C1尾端引出線與中間變壓器高壓側一次引線連接處緊固螺絲有明顯放電痕跡，螺絲附件引線外護套有明顯碳化現象，用手能輕松擰動螺絲。判斷放電原因為螺絲松動導致運行中產生懸浮放電，解體情況與電氣試驗、油色譜分析結果相吻合。

通過電氣試驗、油色譜試驗及解體檢查聯合診斷分析得出，出現異常聲響的原因為互感器內部存在局部放電，而發生局部放電的根本原因是中壓引線接觸不良，局部放電為懸浮放電。局部放電原因為CVT在出廠裝配中中壓接頭引線螺絲未完全緊固，運行中電磁振動出現松動，引起該部分產生懸浮放電，長期局部放電釋放的能量使引線外護套絕緣碳化，導致絕緣油分解產生大量的氫氣和乙炔等烴類氣體。此外，通過油微水、介損測試及解體檢查可知該CVT電容單元和電磁單元均存在不同程度受潮，導致介質損耗因數增大及絕緣電阻降低。

3.3加強對電容式電壓互感器的巡視

發現電容式電壓互感器外觀有銹蝕時，應使用望遠鏡仔細檢查，必要時配合紅外測溫檢查。

3.4預防措施及建議

進行專項排查，做一次專項紅外精確測溫，對于電磁單元三相間溫差超過2K或專業巡檢存在異常的設備應開展油樣工作（含色譜、微水、耐壓），存在問題及時進行更換;縮短相應廠家電容式電壓互感器油化周期、試驗周期，對設備進行全周期跟蹤;訂貨時簽訂相關技術協議，提高導體表面絕緣工藝，例如熱鍍鋅處理。

3.5電容式電壓互感器解體檢查

對該電容式電壓互感器進行解體檢查，打開電磁單元蓋板時發現油位過高，幾乎與油箱上沿平齊，底部積水。中間變壓器頂部可觀察到明顯銹蝕，高壓接線板上部有油泥。進一步拆開電磁單元蓋板，發現電磁單元蓋板與下節電容器下部連接處密封槽銹蝕嚴重，部分密封槽邊棱已被蝕透，失去密封作用，極易受潮進水。電容式電壓互感器解體后，單獨對中壓電容器C2進行電容與介損測試，試驗結果均滿足技術要求，因此該電容式電壓互感器所有電容狀況均良好，故障點在電磁單元。

3.6對500kV同型號的互感器產品停電進行預防性試驗

試驗時注意電容值、介質損耗因數、絕緣電阻，都要符合規程要求。

4結語

綜上所述，當線路發生故障時，及時觀測線路CVT二次電壓，開展橫向、縱向對比分析，發現異常時應及時申請停電檢查線路CVT。當線路發生故障時，通過錄波裝置觀察CVT二次電壓的變化曲線，與CVT在典型試驗電壓下鐵磁諧振的二次電壓試驗波形對比，發現鐵磁諧振故障時應及時申請停電檢查線路CVT。本文介紹了一起200kv線路電容式電壓互感器二次電壓降低的現象，闡述了通過現場高壓試驗和電容式電壓互感器解體分析出二次輸出電壓降低的原因，并提出了相應的防范措施。本文為防止電容式電壓互感器出現類似故障提供了一種可行的設備故障判斷方法，為電容式電壓互感器故障處理提供有效的指導，有助于保證電力系統安全穩定運行。

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