變電站母線電壓互感器故障及設備運維探討

四川中電啟明星信息技術有限公司 屈凌志 郝建維

對于變電站母線來說，電壓互感器的存在是非常關鍵的，不僅可對母線電壓以及絕緣狀態作以監視，也可為保護儀表等相關設備提供電壓回路，而它的運轉效率會直接影響變電站全部電力機制的運轉效率。然而母線電壓互感器在使用期間會頻繁出現故障，這使得變電站的正常運行受到嚴重的影響?，F今變電站系統所包含的部分漏洞，導致母線電壓互感器在現實運用期間總是會誘發事故的產生，大大地阻礙了變電站的順利運轉[1]。

1 變電站母線電壓互感器常見故障分析

隨著在電力設備中對電壓互感器的投入使用較多，因其成本少、效率高等特點。母線電壓互感器是變電站重要設備，同時為母線保護和線路保護提供電壓。電壓互感器作為一條母線上所有元件的電壓、電能、功率測量及繼電保護、信號裝置和自動化設備的供電電源，發生故障后將嚴重影響變電站設備的正常運行[2]。

變電站是供電企業中一個重要分支，而變電站母線是在變電站中各級電壓配電裝置的連接，以及變壓器等電氣設備和相應配電裝置的連接，其大都采用矩形或圓形截面的裸導線或絞線。母線的作用是分配和傳送電能，所以對于變電站母線電壓互感器需要非常的重視，尤其是對所出現的故障需要及時檢測與處理。母線電壓互感器常見故障現象有一次熔斷器熔斷、二次熔斷器熔斷（或空氣開關跳閘）、斷線、短路等，對于母線電壓互感器異常對站內設備影響較大，所以分析變電站母線電壓互感器常見的故障有以下幾類：

1.1 電壓過大造成電壓互感器過熱引起的故障

目前，由于過多客戶對于電力的需求逐漸增多，所以在這個過程中變電站的壓力也會隨之增大，電流也隨之增高，這樣導致內部裝置的溫度偏高，最后造成電壓互感器中油箱的損壞。而油箱是電壓互感器中最重要的結構組成，它對變電站母線電壓互感器的應用時的效果以及使用時的性能都有著非常重要的影響，通過它從而影響變電站本身的運行使得功率的高低。另一方面，電站母線電壓互感器的儲油箱在長期運行的環境下很容易因為絕緣受潮等原因而加大設備老化的幾率。所以需要重視對電壓互感器的改進，從而提高其使用的效率以及使用壽命的長短。

1.2 絕緣元件絕緣性不高引起的故障

電壓互感器是一種半絕緣的設備，所以絕緣性能是決定電壓互感器能否高效工作的重要條件，一旦在絕緣性能這方面出現大的問題，那么電壓互感器的工作效率以及使用壽命的長短等方面就會受到一定的影響。目前國內電壓互感器制作的工藝水平不是特別高，尤其是對于電壓互感器的電容元件制作的環境時不能處于一個相對干燥的地方。所以在制作電壓互感器的過程中就會有水分子滲入到電容元件中，這樣會大大的影響電容元件的絕緣性能，從而使電壓互感器在使用過程中被高電壓擊穿，導致電容元件的絕緣性能降低，使得電壓互感器無法正常工作。

1.3 電壓互感器質量問題引發的故障

電力系統運轉效率的影響因素不僅有外界環境因素，還與電壓互感器本身的質量問題有著一定的關系。隨著變電站構建的數量不斷上升，隨之上漲的還有電壓互感器的需求，但其中最需要關注的還是電壓互感器的質量問題。部分廠家在生產電壓互感器時選取的材料本身質量不過關，尤其在選取內部材料時沒有達到國家要求的標準，從而使得電壓互感器的質量有所下降，最后在使用的過程中出現非常多的故障，導致電壓互感器使用的時間大大縮減，從而使得電力系統受到過度的影響。通常由于質量問題造成電壓互感器的故障有以下八種：

電壓互感器鐵芯片間的絕緣設施出現損壞，這時就會使得在運行時出現溫度升高等一系列問題，產生這種故障的主要原因是由于鐵芯片間的絕緣不良，并且對于設備使用的環境條件相對惡劣，還有就是設備長期處于高溫當中，很容易使鐵芯片間的絕緣設施出現老化的現象；電壓互感器接地片與鐵芯接觸不良，這樣會使得鐵芯與油箱在運行時產生放電聲。這是因為接地片沒有插緊且安裝的螺絲也沒有擰緊，從而導致設備中出現芯片接觸不良的現象；由于電壓互感器鐵芯松動，會在運行時產生不正常的振動或者其他噪聲。這是因為鐵芯的內部元件松動，從而導致鐵芯片間的松動。

電壓互感器繞組匝間出現短路，在運行時不僅設備的溫度升高且會出現放電聲，以及高壓熔斷器熔斷、二次側電壓表指示不穩定。這是由于該系統長期處于過載運行中，使絕緣部分出現老化；電壓互感器的繞組斷線，在運行時就會在斷線處產生電弧并伴有放電聲，斷線的電壓表指示降低或是為零。產生這一故障的原因是由于焊接的過程中出現技術性的問題導致機械強度不夠或引出線不合格，最終造成繞組引線斷線；電壓互感器繞使得絕緣被擊穿，這時高壓側熔斷器連續熔斷。這是由于繞組絕緣部分老化，或是由于絕緣油受潮、通過電壓時被擊穿，最終嚴重缺油等。

電壓互感器繞組相間出現短路，這時也會出現高壓側熔斷器熔斷的現象，同時由于油溫劇增會出現噴油冒煙現象，原因同樣是由于繞組絕緣老化，絕緣油受潮等一系列問題。需重點注意的是最新檢修投入使用的母線電壓互感器，在開始時必須進行“定相”才允許進行母線的并列。在兩條運行母線并列時，對于母線電壓互感器隔離開關QS1及QS2均在合位的情況出現時、其輔助觸點同時也將會使其二次并列起來，在最后引起的相位不一致及短路的現象，極大可能時因為在最初沒有進行“定向”檢查。對于110kV 及以上電壓系統來說，電壓互感器的基本二次繞組需定相外，輔助二次繞組也需進行定相的檢查，以免在后期中3U0極性錯誤引起線路零序方向繼電器拒動或是誤動的現象出現。

2 保障電壓互感器的長期運行

2.1 定期對電壓互感器進行檢測維修

為保證電壓互感器的長期運行，必須對其進行定期的保護與維修，具體的細節操作我會在后面提出，雖然費時費力，但為了保障電壓互感器穩定的在電力系統中運行，必須要做到定期維修保護。我國目前電力行業廣泛應用的變電站母線電壓互感器由于存在著一定的設計不合理等原因造成了電壓互感器故障問題頻發再加上電壓互感器結構的特殊性加大了故障檢修工作人員的檢修難度。

不僅需要簡單的維護且需對相關的數據進行檢測與詳細計算：以下實驗針對10kV 系統相電壓、線電壓不平衡。最初需對該電壓互感器一次繞組末端“N”進行一定的緊固檢查，在未發現松動或斷線的跡象的情況下，同時對該電壓互感器要進行電氣試驗。

從圖1可知如何查找電氣試驗規程，在保證直流電阻互差未超出規程規定±5%及絕緣電阻大于規定值1000MΩ、繞組變比未超出規程規定的±5%的情況下，根據實驗過程以及最終的實驗數據看，該設備屬于正常狀態，在排除電壓互感器對電壓不平衡的影響之外。通過以上實驗可知，只有通過對相關數據進行詳細的檢測與計算才能知道哪些地方需要維修、哪些不需要維修，可縮小具體維修的范圍，這樣更有利于設備的維修。

圖1 電壓互感器試驗數據

2.2 提高電壓互感器的質量

電壓互感器不僅需維修工人的定期維修，還要注意提高電壓互感器的質量問題，尤其是對于電壓互感器的內部要有詳細的設計。從生產環境、操作技術、材料質量等都需要大幅度的提高，從根本上解決電壓互感器給設備帶來的故障問題。首先是對電壓互感器中的小零件進行精心的設計，尤其是電壓互感器的鐵芯片的制作工藝需要有大的改進，這樣能有更好的絕緣效果；其次是對電壓互感器繞組的制作與設計，好的產品能防止電壓互感器繞組匝間短路，電壓互感器繞組對地絕緣擊穿以及電壓互感器繞組相間短路。

2.3 電壓互感器位置與數量的合理安排

由于用電的客戶逐漸增多，少量的電壓互感器對于變電母線來說會導致電流過大，使得電壓互感器的溫度升高從而降低效率，所以增加投入使用電壓互感器的數量，能有效地提高運行的效率。并且在安裝電壓互感器時將2/3的電壓互感器安裝在母線上。電壓互感器的主要作用是通過將高電壓轉變為100V 或者是更為低級的標準的二次電壓，將其提供給保護、計量、儀表裝置所取用。與此同時，電壓互感器也可以將高電壓與電氣工作人員相隔離。電壓互感器雖然是按照電磁感應原理進行相關工作，但對于它的電磁結構關系與電流互感器相比恰恰相反。所以將大部分的電壓互感器裝在母線上時是合理的，這樣既降低成本也達到應有效果，且變電站內線路上安裝電壓互感器一般只裝設一個，目的只是為了判斷線路是否帶電，這個線路電壓是用于線路重合閘的。

3 電壓互感器的維修檢測

電壓互感器投入運行之后，需要注意間隔氣室的氣體壓力、氣體微水檢測以及局部放射測試分析等一系列常規性的檢查記錄之外，同時還需要使用紅外熱像的技術問題要多加以關注，只有這樣才能保障電壓互感器在運行時實現更高效率的工作水平。在目前對于電壓互感器的故障診斷主要是利用圖像處理及相關算法來確定性能設備的運行狀態。究其原因，一方面是由于電網隨著需求擴張太快，形成的電網體系日益龐大，這使得變電站維護人員的工作量增加，不僅任務增多且越來越復雜；另一方面對于電壓引起的熱擾動會導致判斷錯誤，而這些錯誤僅是基于對運行維護人員紅外圖像的直接分析。

由于變電站電網體系快速增長，需要處理的數據以及管理的設備模塊就越來越多，這對智能檢測技術的要求也就越高，而目前熱門的智能檢測機器人也是基于圖像識別以及熱成像等技術完成設計，國外對其研究奠定了圖像識別技術的發展與基礎。在對電壓互感器使用紅外熱像檢測技術時，需選擇合適的測試距離，最好選擇將三相測點的距離與儀器的距離保持一致，在發現三相熱像圖有差異時就可以從不同的方位對其進行檢測。最后對數據進行綜合的分析處理，及時找出設備中出現的缺陷。

現階段對眾多的信息研究的過程中，大部分都是通過定位、分割以及最后時提取的方式完成最終的檢測。根據每個設備的不同特性優化各個步驟，通過所需要的特性值從而實現設備的全部或部分分離，最新設計的紅外圖像處理流程如下：行外圖像原圖-選取目標行區域-Hough 變換直線檢測-旋轉至豎方向-圖像二值化-形態學操作去除干擾-長度特征統計-反向求的圖像-連通區域標記-原圖標記。

母線電壓互感器作為電壓輸出的公共設備，在二次輸出回路時會相對復雜一些，為防止電壓互感器二次回路短路，除開口三角繞組外均應安裝適配的空氣開關或熔斷器，除最新投入運行的電壓互感器做好驗收之外，在運行環節由于工作需要進行拆解線，這是要特別注意二次回路接線的正確性、空氣開關或熔斷器動作性能的完整性，特別需要對開口三角回路的短路隱患加以關注[3]。認真分析故障原因，強化和完善電壓互感器的結構設計，做好電壓互感器的日常維護檢修工作、并嚴格把關電壓互感器的入網運行質量，從而有效地提高電壓互感器的性能和質量，促進電力行業科學穩定的發展[4]。