电压互感器原理与故障分析

刘凡远

（湖南省电力公司衡阳电业局，湖南 衡阳 421236）

1 电压互感器的分类

按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于、110kV以上的电力系统，特别是超高压电力系统应用较多。电压互感器为测量用和保护用两类。对前者的主要技术要求是保证必要的准确度；对后者可能有某些特殊要求，如要求有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。

2 电磁感应式电压互感器

电磁式的全称为电磁感应式电压互感器。电磁感应式电压互感器：其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用，也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形，开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时，中性点出现位移，开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力电网及电力设备起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。

3 电容分压式电压互感器

电容分压式电压互感器：在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图1。

图1 电容互感器原理图

电容C1和C2串联，U1为原边电压，为C2上的电压。空载时，电容C2上的电压为：由于C1和C2均为常数，因此正比于原边电压。但实际上，当负载并联于电容C2两端时，将大大减小，以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器T，组成电容分压式电压互感器。电抗可补偿电容器的内阻抗。T有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Uan供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Z，用以防止谐振引起的过电压。

电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。 电容式电压互感器用英文字母简称为CVT。110kV电压等级只用一节电容，220kV电压等级用两节电容，500kV电压等级用三节电容。

4 电压互感器常规检查及常见故障

电压互感器是电力系统运行中重要设备组成，是交流电路中一次系统和二次系统间联络元件，用于传递信息供给测量仪器、仪表和保护、控制装置、计量等用，它属于特种变压器国标DL408－91《电业安全工作规程》第十章“继电保护、仪表等二次回路上的工作要求”中强调“严格防止带电电压互感器二次回路短路或接地”。

（1）常规检查，如果是短路故障，可通过巡视，从以下几种现象进行判断，发现缺陷:①所接表计指示不正常、保护装置误动作.②电压互感器烧坏、二次绕组烧坏。③电压互感器运行中，本体有较大的不均匀噪声。④电压互感器运行时，本体有较高的温升，有异味。

（2）常见故障原因，引起电压互感器二次回路短路故障原因较多，下面简述几种常见的原因：①回路中联结电缆短路。②二次回路导线受潮、腐蚀及损伤而发生一相接地，又发展成二相接地短路。③内部存在有金属短路缺陷，造成二次回路短路。④户外端子箱严重受潮，端子联结处产生锈蚀。⑤电压互感器接线中的隐患。⑥在预试、检修过程中遗忘接线。

4.1 保护电压互感器良好运行的措施.

（1）二次熔断器（快分开关）是保证电压互感器安全运行的可靠措施，并有熔断器熔断信号。

（2）为避免开口三角绕组两端在电压不平衡的情况下，长时间存在较高的电压，在开口三角绕组两端加并联电阻或消谐装置，使零序电流有了通路，同时抑制了谐振。

（3）在绝缘装置回路中，要求装置能反应电网系统的接地故障，电压互感器高压侧采取星型接线，中心点必须接地，同时电压互感器低压侧两绕组必须有一点接地。

（4）在10KV以下的配电系统中，电源侧中性点是不接地的，电压互感器的中性点是接地。由于系统操作、断路器合闸不同期、系统单相接地等原因，常常会出现过电压，引起电压互感器高压侧高压熔断器熔断、冒烟、烧毁等，要选用伏安特性好的互感器，或在中性点加装消弧线圈及控制器。

（5）对电容式电压互感器，有一个末屏点，也就是非极性端。在运行中末屏点有两种运行方式：一种是末屏直接接地，当系统出现过电压、雷击、振荡，可以有效防止过电压烧毁设备。一种是末屏不直接接地，必须在末屏装设击穿间隙，这样当系统出现过电压时通过间隙击穿放电释放能量。

（6）电压互感器在使用中相位关系很重要，这就要求接线极性正确，一旦极性错误，相位就相差180°，一般一次及二次都会标出极性。

（7）加强电压互感器在线诊断，如对运行的电压互感器进行红线测温，本组互感器如比同样条件的互感器温度高出4度以上，电压互感器二次输出无电压，是电压互感器内部故障，需要停电对其进行检查。

4.2 电压互感器的故障处理

（1）电压互感器的二次熔断器熔断（或快速开关断开），常见的现象有：会发“交流电压断线”信号；电压、有功、无功下降或置零；绝缘接地装置电压下降或置零；低压保护可能误动。

处理方法：判断发生故障设备，退出相关的保护，然后故障相，分别测量熔断器上下端的相电压是否正确（100V），如果上端有，下端无，则可判断某相熔断器熔断，更换熔断器。如果上端没有100V，则对辅助开关的接点接触进行检查，辅助接点接触不良则进行处理。如果辅助开关是好的，可能是高压熔断器熔断或电压互感器一次设备问题。

（2）电压互感器一次熔断器熔断。常见的现象有：会发“交流电压断线”信号；电压、有功、无功下降或置零；绝缘接地装置电压下降或置零；低压保护可能误动。一次侧一相熔断，在二次开口处有33V电压，绝缘接地装置的整定电压为30V,这样会发“接地信号”。①单相接地故障时，正常相对地电压升高，故障相对地电压降低（完全接地时为0）。②电压互感器高压熔丝单相熔断时，熔断相对地电压降低，但一般不为0，还会有感应电压。因单相熔断时，加在互感器上的一次电压少了一相，另两相为正常电压，其相量差120°，所以会在互感器开口三角两段出现3倍于正常电压的零序电压，此时也可能报出接地信号（绝缘监察继电器整定值一般为30V左右）。

处理方法：更换一次熔断器。

5 220kV TV异常分析两例

例1、2011年2月22日，某电业局运行人员在变电站开展红外普测时，发现某220kV线路A相同期TV的温度较其他线路TV高约10℃。发热部位为线路TV底座电磁单元部分，发热点最高温度为27.6℃，对比相邻A相线路TV只有17.2℃，温差有10.4℃。现场测量该TV的二次电压输出子箱A609与N600端子发现，该TV二次电压只有3.6V，正常应为59V。初步判断该线路TV可能存在内部故障造成放电而导致设备发热。

图2 拆下来的电磁单元解体

在专家的指导下，对该TV进行了诊断试验及解体。通过解体发现，该线路TV下节分压器与电磁单元连接处密封圈因安装工艺不佳损坏，造成大量雨水侵入，箱体内绝缘油呈油水混合物状，在把油水混合物排放干净后，发现箱体内部及高压尾端的法兰盘底部有明显锈迹，箱体内电磁单元上有大量油泥附着，电磁单元线圈有放电烧黑痕迹。

例2、2011年1月14日，某220kV变电站监控反映其二次侧电压不平衡，此时220kVI母、II母并联运行，母差保护屏显示的I、II段母线二次电压如表1所示。

表1 220kVI、II母TV母差保护屏显示二次侧电压

初步判断为220kVI段母线电压互感器A相故障造成I母三相电压不平衡。组织技术人员到现场对该电压互感器进行诊断性试验，查找异常原因。检修人员测量A相电压互感器供计量与保护用的二次电压同时降低，且降低幅度相同，因互感器计量与保护二次绕组同时发生相同匝数的匝间短路的概率极低，所以可以基本排除二次绕组匝间短路造成电压降低的情况。

随后，技术人员采用正接法将A相TV分为上下两节进行了电容量的测量，与2006年进行的预防性试验进行比较，电容量无明显变化，数据如表2所示。

表2 A相电压互感器上、下电容器电容量测试结果

为了进一步查找原因，技术人员采用CVT自激法对下节分压电容器的C12和C2两个分压电容进行了测量，测得了两个分压电容的电容量，并与出厂值进行比较，发现C2的电容量有明显变化，增幅达4.01%，如表3所示。

表3 采用自激法测得C12、C2电容量

由厂家资料得知，C2由25个类似的电容单元串联而成，如其中一个电容单元被击穿，C2电容量的增幅应为4%，与测试所得结果相符。

由C11、C12和C2的电容量初值可算出在正常状态下C2两端的电压应为电压互感器承受总电压的15.8%；当C2的电容量发生变化后，C2两端的电压变为总电压的15.4%；在中间变压器不发生故障的情况下，C2两端电压的变化量应与二次电压的变化量相符，计算可知15.4%/15.8%=0.975，而57.9/59.4=0.975，两者的变化量完全吻合。所以C2电容量增大后所导致的结果与A相TV二次电压偏低的现状相符，从而也旁证了A相电压偏低的原因应为C2串联的25个电容单元其中一个发生击穿。

通过上述两例分析，加强运行的TV在线诊断及监视十分必要，发现TV异常现象，立即进行分析，可以发现故障，进行检修，可以减少电网及设备事故，确保电网安全运行。