电容式电压互感器谐振型阻尼器故障机理及试验分析

王建，陈玉峰，朱文兵，吴奎华，高静

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250021；3.山东省产品质量检验研究院，济南250102）

电容式电压互感器谐振型阻尼器故障机理及试验分析

王建1，陈玉峰1，朱文兵1，吴奎华2，高静3

（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南250021；3.山东省产品质量检验研究院，济南250102）

分析电容式电压互感器（CVT）及其谐振型阻尼器的工作原理和故障产生的机理，详述针对CVT阻尼器的测试方法，通过该试验可发现CVT潜伏性故障，预防事故发生。结合一起典型事故，对阻尼测试法进行了验证说明。

电容式电压互感器；谐振型阻尼器；电磁单元；阻尼测试法

0 引言

CVT是电力系统的主要部件之一，用于实现电压转换，将高电压转换为标准低电压信号，提供给测量仪器、仪表、保护或控制装置。相比电磁式电压互感器（inductive voltage transformers），CVT具有绝缘裕度大、造价低等特点，广泛应用于110 kV及以上的系统，并逐渐扩展到35 kV系统。目前，CVT主要采用阻尼装置抑制谐振，常见阻尼器有4类：电阻型阻尼器、谐振型阻尼器、电子型阻尼器和速饱和电抗型阻尼器。相比其他几种阻尼器，谐振型阻尼器应用范围较广，主要讨论谐振型阻尼器的结构原理，并分析常见故障产生机理及检测预防方法［1-2］。

图1 电容式电压互感器电路

1 工作原理

CVT是一种由电容分压器和电磁单元组成的电压互感器，电磁单元包括中间变压器和电抗器。CVT电容分压器和电磁单元的设计和相互连接使电磁单元的二次电压与线路一次电压基本上成正比，连接方向正确时，相角差接近于零［2］，CVT结构原理见图1。结构有两种：一种是单元式结构，其分压器和电磁单元分别为一个单元，可在现场组装，中压连线外露；另一种是整体式结构，分压器和电磁单元合装在一个瓷套内，中压连线不外露，无法使电磁单元同电容分压器两端断开［4］。

电磁单元包括中间变压器、补偿电抗器、二次回路等组成。二次回路通常包括二次绕组和辅助绕组［4］。谐振型阻尼器安装于互感器中间变压器的二次侧辅助绕组上，谐振型阻尼器的结构原理见图2。

图2 谐振型阻尼器原理电路

图中，CR为谐振型阻尼器电容；LR为谐振型阻尼器电感；RR为阻尼电阻；UDN为中间变压器剩余绕组电压。

当调谐电感LR与电容CR，在谐振频率（通常为工频）发生并联谐振时，阻抗无穷大，相当于开路，电流很小，通常只有100~1 000 mA；当出现低频分次铁磁谐振时，LC并联谐振状态破坏，阻尼电阻开始发挥作用，消耗分频谐波功率，实现阻尼分频谐振。当工频时，电容和电抗器参数不匹配时，阻尼器谐振频点发生漂移，在工频时，并联阻抗不再为无穷大，此时，电流增大，并超过限值要求，电流长期通过阻尼电阻，导致发热，进一步引起油箱过热，甚至导致电容击穿、爆炸。

2 试验方法及要求

2.1 试验方法

CVT缺陷中，电磁单元故障比例最高。通常电磁单元温度过高，可能存在内部缺陷。阻尼器为电磁单元的重要组成部分，建议对阻尼回路进行测试，判断谐振频点是否正常。

谐振型阻尼器的阻尼回路测试接线见图3。在额定工作频率，利用调压器对交流电源进行调节，为阻尼回路提供所需试验电压。此时，对阻尼回路电流进行测量，并记录、分析试验结果。

2.2 试验要求

对CVT停电后，解开一次接线，阻尼回路通过短接二次端子盒内的da、dn端子，打开d1、d2之间连接片，对回路进行检查，确保接线正确，并注意禁止出现二次短路。在d1、d2之间施加有效值为100 V的工频电压，测试阻尼回路电流Iz。

图3 阻尼电流测试接线

根据CVT型式、规格、厂家说明确定判据（参考值），其会随着CVT型号、电压等级不同而有所区别。当电流测量值大于参考值时，判定阻尼回路处于正常状态，否则，认为阻尼回路存在故障，做进一步检查。

此外，在阻尼器部件更换、维修后，应对谐振型阻尼器电容加以测量。实际电容应在额定电容规定的温度下测量，或通过计算换算到该温度下的值，电容温度系数换算见式（1）［5］。

式中：Tc为电容变化率，单位为K-1；ΔC为温度间隔ΔT时的电容变化量；C20℃为20℃时测得的电容值。

按照本定义，ΔC／ΔT仅当电容在所探讨的范围内为温度的近似线性函数时，方可使用，如果不是线性函数，则电容与温度的关系以图形或数据表格来表示。

测得电容值要求在交接时，电容值偏差不超过出厂值的±5%；运行中，在环境温度下测得的电容对额定电容的相对偏差应不超过-5%~+10%［3，5］。

对于电容分压器，电容式电压互感器制造方可以要求较小的电压比偏差，其值应按具体情况下的协议确定。

3 典型案例

3.1 故障特征

某站进行红外测温，发现B相CVT变压器油箱上部明显发热，电磁单元温度异常，监视运行后，判断可能存在内部缺陷，进行了停电解体检查试验［6］。

3.2 故障设备情况

该CVT运行环境为35kV线路，技术参数见表1。

表1 CVT技术参数

3.3 试验检查情况

经检查，引线、各部件外观均无异常，且无放电痕迹，油稍显浑浊，可见性差。因该CVT为谐振型阻尼器，初步分析，为阻尼器失谐所致。

单独测量阻尼回路的谐振电容，测量值为202 μF，满足限值要求范围。

厂家要求，当Ud1d2=100 V时，Iz≤800 mA，故障相CVT测试结果为：当Ud1d2=100 V时，Iz=6 A，厂家提供阻尼器伏安特性曲线与阻尼器更换电容后实测伏安特性曲线比对见图4，可知Iz在规定工作电压超过规定值，阻尼器存在故障。

图4 阻尼器伏安特性曲线

3.4 故障原因分析

该CVT由于谐振电容故障，曾由厂家人员现场对电容进行了更换。更换后，电容实际测量值为202 μF，虽满足原电容参量值200 μF所要求范围的-5%~+10%，但由于新电容与出厂时原电容参量仍存在一定偏差，与原有谐振电感不匹配，使得阻尼器偏离谐振频点［7-8］。

通过本次解体检查分析，确认该CVT电磁单元异常发热原因为更换电容后未调节电抗器电感值，正常运行状态下阻尼回路未达到并联谐振状态，使得阻尼电阻长期通流所致。

3.5 改进和预防措施

CVT重要部件更换，建议返厂。如需现场更换的，需厂家派有经验的技术人员，维护调试。特别是谐振器电容更换后，需经技术人员调节谐振电抗，确保阻尼器参数匹配，在规定谐振频点，处于谐振状态。

此外，阻尼回路试验法简单易行，可安排于解体检查前，初步排除CVT电磁单元缺陷。

4 结语

CVT故障率较高，其中尤以电磁单元故障占多数。通过阻尼回路测试法，可及早便捷地发现CVT是否存在谐振频点偏移缺陷。结合红外检测技术和在线监测技术等先进手段，对于该类缺陷的早期发现，及时处理，具有显著效果。

［1］印华，王勇，宋伟，等.电容式电压互感器常见故障及原因分析［J］.电工技术，2007（10）：70-71.

［2］陈敏维，李棣，季征南，等.一起电容式电压互感器绝缘在线监测案例分析［J］.高压电器，2012，48（5）：99-104.

［3］GB／T 19749—2005耦合电容器及电容分压器［S］.

［4］陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2009.

［5］刘刚，江波.电容式电压互感器故障分析及预防措施［J］.变压器，2012，49（9）：68-72.

［6］董国华.一台220 kV电容式电压互感器的故障分析［J］.电力电容器与无功补偿，2005（1）：39-40.

［7］国家电网公司运维检修部.电网设备带电检测技术［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［8］郑坚强，陶涛，万文博.浅析一例110 kV电容式电压互感器二次电压失压故障［J］.变压器，2012，49（7）：73-76.

Fault Mechanism and Tests for Resonator Damper of Capacitor Voltage Transformers

WANG Jian1，CHEN Yufeng1，ZHU Wenbing1，WU Kuihua2，GAO Jing3
（1.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China；3.Shandong Institute for Product Quality Inspection，Jinan 250102，China）

The operational principle and the fault mechanism of the capacitor voltage transformer（CVT）and its resonator damper were analyzed.The test method of the CVT damper was discussed，by which the latent failure of the CVT could be found.Finally，combined with a typical fault，the damping measurement was elaborated.

capacitor voltage transformer；resonator damper；electromagnetic unit；damping measurement

TM451.2

A

1007－9904（2016）12－0005－03

2016-06-09

王建（1983），女，博士，工程师，从事电气设备检测与状态评价工作。

国网山东省电力公司电力科学研究院技术革新项目（2016-18）