35kV電容式電壓互感器故障原因與防范措施

羅磊

（上海新能凱博實(shí)業(yè)有限公司 上海 201416）

目前，電容式電壓互感器得到大量應(yīng)用，也在不同領(lǐng)域中發(fā)揮出重要價值。但由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，目前，該類型設(shè)備的運(yùn)行也常會出現(xiàn)一些特殊問題，為此，本文針對35kV 電容式電壓互感器的運(yùn)行故障進(jìn)行了簡要研究。

1 電容式電壓互感器設(shè)備

電容式電壓互感器設(shè)備的原理為：運(yùn)用串聯(lián)形式的電容器實(shí)現(xiàn)分壓，再使用電磁式互感器來隔離并有效實(shí)現(xiàn)降壓。目前，該類型設(shè)備主要用在繼電保護(hù)領(lǐng)域、功率與電壓值測量領(lǐng)域、自動控制領(lǐng)域及電能的計量領(lǐng)域等。與一般的電磁式電壓互感器設(shè)備相比，電容式電壓互感器的優(yōu)點(diǎn)在于絕緣可靠性更高、成本較低、結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、可進(jìn)行電網(wǎng)的諧波監(jiān)測及具有更高的安全水平。由于設(shè)備使用的阻尼器不同，電容式電壓互感器也被劃分為兩種：一種是速飽和型，另一種則是諧振型。在當(dāng)前的電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行中，比較常見的異常表現(xiàn)包括二次電壓較低、二次電壓較高、二次電壓存在異常波動、投入運(yùn)行時存在噪音及電磁單元油位頗高。

2 35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行情況與故障原因分析

2.1 案例概況

某輸電企業(yè)共管轄了5個變電站，目前，各變電站運(yùn)行的35kV 電容式電壓互感器設(shè)備共有8 臺，其中，有兩臺設(shè)備為速飽和型電容式電壓互感器，剩余6 臺均為諧振型電容式電壓互感器設(shè)備。這些設(shè)備從2010年3月開始投入使用，到目前為止，兩臺速飽和型電容式電壓互感器均未發(fā)生故障問題，而諧振型電容式電壓互感器共發(fā)生過5 次故障，大部分故障都是由于電磁單元電容器被擊穿發(fā)生損壞而導(dǎo)致的。為了進(jìn)一步解決并預(yù)防35kV 電容式電壓互感器設(shè)備的故障問題，本文對其設(shè)備故障的內(nèi)因及相應(yīng)防止措施進(jìn)行了分析。

2.2 相關(guān)故障統(tǒng)計分析

截止到目前，該輸電企業(yè)變電站35kV電容式電壓互感器設(shè)備共發(fā)生過5次故障問題，具體情況如下。

（1）第一次故障發(fā)生于2011年的6月份。故障的互感器設(shè)備為崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，其故障情況為C 相二次電壓值超過了A 相與B相的電壓值，同時，C相的電磁單元溫度值也出現(xiàn)偏高，相較于A相和B相高出2～3℃。

（2）第二次故障發(fā)生于2013年的3月份。故障的互感器設(shè)備仍為崇左變電站C2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，具體故障情況為C 相二次電壓值小于A相與B相的電壓值，同時，C相的電磁單元溫度值也開始下降，與A相和B相相比要略低2～3℃。

（3）第三次故障發(fā)生于2017年的6月份。故障的互感器設(shè)備為永安變電站A2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為B 相二次電壓值小于A 相與C相的電壓值，B 相的電磁單元溫度值較小，與A 相和B相相比低2～3℃。

（4）第四次故障發(fā)生于2018年的7月份。故障的互感器設(shè)備為崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為C 相二次電壓值大于A 相與B相的電壓值，同時，C 相的電磁單元溫度值與A 相和B相相比也要偏高1～1.5℃。

（5）第五次故障發(fā)生于2018年的6月份。故障的互感器設(shè)備為永安變電站A2B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器，故障情況為A 相二次電壓值大于B 相與C相的電壓值，A 相的電磁單元溫度值較大，與A 相和B相相比高出2～3℃。。

2.3 故障的原因分析

結(jié)合上述所分析的35kV 電容式電壓互感器故障情況統(tǒng)計，從中選擇一項(xiàng)故障情況進(jìn)行原因分析。本次選擇第四次設(shè)備故障情況開展研究，即2018年7月發(fā)生的崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器故障問題，就該情況而言，存在明顯的二次電壓不平衡問題，同時，其C相部分電磁單元由于故障而出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象。

2.3.1 故障情況

本次故障發(fā)生后，通過現(xiàn)場的紅外測溫設(shè)備檢測，發(fā)現(xiàn)崇左變電站C1B 主變35kV 側(cè)電容式電壓互感器中，C相部分電磁單元溫度略為上升，超過A、B兩相溫度。其中，A、B 相電磁單元溫度值中，最高溫度為32.8℃，最低溫度為23.5℃，平均溫度值為29.5℃；而C相部分電磁單元溫度最高值為34.3℃，最低值為23.9℃，平均值為31.3℃。設(shè)備也檢測到其C相的二次繞阻電壓值高，這種異常情況導(dǎo)致該項(xiàng)電壓互感器運(yùn)行不穩(wěn)。

2.3.2 外觀檢查分析

相關(guān)檢修人員前往電容式電壓互感器運(yùn)行的現(xiàn)場開展檢查工作，先進(jìn)行外觀檢查，技術(shù)人員對該變電站C1B主變35kV側(cè)電容式電壓互感器的C相進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其并未存在一、二次引線連接不佳狀況，表面也保持著清潔狀態(tài)，油箱外部及絕緣層也不存在滲油情況、閃絡(luò)情況或其他不良情況，整體未發(fā)現(xiàn)外觀的明顯異常。

2.3.3 相關(guān)試驗(yàn)分析

35kV 電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)主要可分為兩個部分：其一是電容分壓器部分，包含了高壓分器裝置及中壓分器裝置；其二則是電磁單元部分，包含了補(bǔ)償電抗器裝置、中間變壓器裝置及阻尼器裝置。35kV電容式電壓互感器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)二次電壓值上升的異常問題時，可能存在的原因包括以下幾點(diǎn)：一是電容單元發(fā)生損壞，一般是指高壓分器裝置與中壓分器裝置出現(xiàn)異常，進(jìn)而改變內(nèi)部分壓比值，電壓互感器的二次電壓就會出現(xiàn)異常變化；二是電磁單元發(fā)生損壞，通常是諧振阻尼器的回路電壓比發(fā)生改變，進(jìn)而出現(xiàn)電壓互感器二次電壓值上升情況；三是電容分壓器二次接線端接地，致使懸浮電壓產(chǎn)生，增加了原本的二次電壓，使電壓值上升；四是中間變壓器發(fā)生故障，導(dǎo)致一次線圈以及二次線圈都產(chǎn)生變化，最終導(dǎo)致出現(xiàn)電壓異常問題。

針對上述可能存在的原因進(jìn)行一一排查，進(jìn)一步確定故障原因。

首先，排查電容單元是否存在故障。先是測試電容分壓器裝置的電容量及介損，其具體的測試數(shù)據(jù)如下：A 相高壓分器電容量測試值為39.98μF，介損為0.055%，電容的原出廠值為40.23μF；A 相中壓分器電容量測試值為39.79μF，介損為0.020%，電容的原出廠值為39.90μF；B相高壓分器電容量測試值為39.99μF，介損為0.063%，電容的原出廠值為40.19μF；B 相中壓分器電容量測試值為40.03μF，介損為0.026%，電容的原出廠值為40.10μF；C 相高壓分器電容量測試值為40.42μF，介損為0.050%，電容的原出廠值為40.90μF；C 相中壓分器電容量測試值為40.53μF，介損為0.051%，電容的原出廠值為40.50μF。將兩項(xiàng)電容分壓器測得的實(shí)際電容量值與出廠值進(jìn)行比對分析，發(fā)現(xiàn)其介損偏差均小于2%（偏差超過2%范圍才認(rèn)定為異常故障），因此，將電容單元故障這一原因排除。

其次，排查電磁單元是否存在故障。電磁單元的故障情況可能存在部件老化發(fā)生絕緣失效原因，為了探析是否為該項(xiàng)原因，可針對各二次繞組開展絕緣測試試驗(yàn)。先是測試一次繞組對二次繞組及外殼產(chǎn)生的絕緣電阻值，運(yùn)用規(guī)格為2500V的搖表裝置開展測量，同樣，運(yùn)用該搖表裝置測量二次繞組之間及二次繞組對一次繞組產(chǎn)生的絕緣電阻值，最后測試外殼之間的絕緣電阻值。通過搖表的測量結(jié)果數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其絕緣電阻值都超過了5000MΩ，這也表明二次繞組的絕緣性能較好，電磁單元的各裝置外殼絕緣性也達(dá)標(biāo)，可排除老化而致使絕緣失效的故障原因。隨后，進(jìn)行諧振阻尼的回路電流及電容式電壓互感器電壓值變比的試驗(yàn)，一般來說，35kV 電容式電壓互感器的諧振型阻尼器額定電壓值都為100V，其額定電流值則為5A，以這項(xiàng)參數(shù)為基礎(chǔ)開展試驗(yàn)。具體方法為：對故障電壓互感器的三相阻尼器分別開展電壓值為100V的測試，通過測試發(fā)現(xiàn)A 相及B 相的電流指接近于5A，基本與額定值保持一致，而C 相阻尼器的測試電流值達(dá)到了18.5A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了額定電流值，可斷定C 相阻尼器電流異常，再使用萬用表調(diào)到電阻檔來測試C 相阻尼器的阻尼回路阻抗值，測得的結(jié)果為5Ω，其額定電阻值也為5Ω，與測定結(jié)果一致，最后進(jìn)行三相阻尼器的變比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在變比方面A相與B相基本符合額定值，而C 相的變比值卻與額定值有著一定差異，若是將C相阻尼器退出后再進(jìn)行一次變比值測試，發(fā)現(xiàn)C 相變比值也與額定值相符合，本次變比試驗(yàn)的一次側(cè)加壓值都為9900V。根據(jù)以上試驗(yàn)測試的結(jié)果，也可以將另外兩種故障原因排除（即電容分壓器的二次接線端接地原因以及中間變壓器發(fā)生損壞故障原因），最終確定該35kV 電容式電壓互感器C 相二次電壓異常及電磁單元溫度上升，主要是由于C 相阻尼電容器發(fā)生擊穿性損壞，致使電壓上升。

2.3.4 解體檢查分析

為了進(jìn)一步明確35kV 電容式電壓互感器的故障原因，將發(fā)生故障的互感器進(jìn)行了返廠解體檢查。先是將互感器油箱打開檢查，并對阻尼電容器進(jìn)行容量值測試，再與正常情況下的額定容量進(jìn)行對比分析，測試結(jié)果顯示其容量值為0μF，而其額定電容量值為200μF，兩者明顯不相符。再進(jìn)一步解體檢查阻尼電容器裝置，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)內(nèi)存在變壓器進(jìn)油情況，同時，其阻尼電容的各元件也沒有被內(nèi)部澆注體完全包圍起來，未實(shí)現(xiàn)良好保護(hù)作用，其中，只有阻尼電容底部的元件被澆注體包圍，得到了保護(hù)效果。進(jìn)一步分析解體檢查的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部變壓器進(jìn)油的原因?yàn)椋鹤枘犭娙萜鞯耐獠繅航硬患鸦蚝缚p存在缺陷，致使整體密封效果較差，導(dǎo)致油箱里的油進(jìn)入到內(nèi)部，再加上部分元件沒有被澆注體充分保護(hù)，一些元件的金屬膜遇到油之后會發(fā)生反應(yīng)，將鋁鋅金屬擠到金屬化膜外側(cè)，從而將阻尼電容器的部分元件擊穿，造成故障問題。具體表現(xiàn)為：諧振回路失效，二次電壓值會略為上升，二次繞組會因此溫度上升，撫摸油箱時也會感覺到過熱。

2.3.5 深層原因探析

結(jié)合上述分析的故障情況，對造成本次35kV電容式電壓互感器設(shè)備故障的深層原因進(jìn)行分析，其具體情況如下。一是相關(guān)廠家生產(chǎn)中的技術(shù)存在不足，產(chǎn)品本身性能不佳，致使阻尼電容器被擊穿而發(fā)生互感器故障。二是相關(guān)技術(shù)人員的責(zé)任心不足，未及時開展紅外測溫檢測并排除安全隱患，同時，對設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)督力也不足。三是沒有充分協(xié)調(diào)并組織開展變比試驗(yàn)、極性試驗(yàn)及絕緣測試等，導(dǎo)致故障問題加重而影響到設(shè)備正常運(yùn)行。

3 35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行故障的防范措施

通過分析35kV 電容式電壓互感器設(shè)備實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)生的故障問題，提出幾項(xiàng)針對性防范措施，進(jìn)一步提高電容式電壓互感器設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，確保其發(fā)揮出應(yīng)用功能，具體防范手段如下。

一是制訂每月進(jìn)行一次電容式電壓互感器紅外測溫計劃，在進(jìn)行測溫時，若發(fā)現(xiàn)相與相之間溫差超過2℃，就應(yīng)當(dāng)認(rèn)定設(shè)備可能存在異常隱患，這時，要及時消除電容式電壓互感器的發(fā)熱因素。

二是制訂周期為半年或是一年的電容式電壓互感器二次側(cè)電壓帶電檢測計劃，避免互感器出現(xiàn)三相不平衡問題，也可直接安裝在線監(jiān)測型裝置，可實(shí)時監(jiān)測電容式電壓互感器的二次側(cè)電壓值，一旦發(fā)現(xiàn)其二次側(cè)電壓的三相不平衡率超過了1%，應(yīng)當(dāng)立即分析不平衡原因并采取處理手段，避免不平衡加劇產(chǎn)生故障情況。

三是在設(shè)備的預(yù)試定檢工作中，增加一項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目，即諧振型阻尼電流值測試項(xiàng)目，有助于發(fā)現(xiàn)存在的隱患，確保諧振型阻尼回路的各項(xiàng)元件穩(wěn)定運(yùn)行。

四是為了保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定程度更高，可以考慮更換全澆柱結(jié)構(gòu)的諧振電容器，其內(nèi)部的各元件保護(hù)效果更佳以免發(fā)生擊穿情況，也可運(yùn)用速飽和型阻尼器CVT設(shè)備，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

五是要選擇技術(shù)水平更高的生產(chǎn)廠家。盡管電容式電壓互感器使用方面存在許多優(yōu)點(diǎn)，但其自身很容易發(fā)生鐵磁諧振情況，因此，還要在設(shè)計與加工上進(jìn)一步完善，保證使用材料及工藝都能具有更高標(biāo)準(zhǔn)，提升產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，對于日常設(shè)備運(yùn)行的維護(hù)工作也要落實(shí)到位。

4 結(jié)語

綜上所述，35kV電容式電壓互感器設(shè)備運(yùn)行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)二次電壓異常情況，從而引發(fā)相應(yīng)的故障問題，為了進(jìn)一步提升設(shè)備運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，本文針對某變電所35kV 電容式電壓互感器設(shè)備故障情況開展分析，發(fā)現(xiàn)其故障原因?yàn)樽枘犭娙萜鞅粨舸瑫r，根據(jù)該項(xiàng)原因，提出了定期進(jìn)行帶電測試、紅外測溫及調(diào)整預(yù)試定檢等維護(hù)手段。