一起110 kV电容式电压互感器故障分析与判断

石伟

摘 要：电容式电压互感器是在电容套管电压抽取装置的基础上研制而成的，一般用于110 kV及以上系统。与电磁式相比除具有互感器的作用外，其分压电容兼作耦合电容器，同时具有冲击绝缘强度高、制造简单、体积小、重量轻、经济性显著等优点。文章简要介绍了电容式电压互感器的基本原理及内部结构，并对其在实际工作中发现的一起110 kV电压互感器故障进行了分析与判断。

关键词：电容式电压互感器；故障；分析；判断

中图分类号：TM45112 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0092-02

1 电压互感器的作用

电压互感器是发电厂、变电站等输、配、供电系统不可缺少的一种电器。电压互感器和变压器作用相似，都是用来变换线路上的电压，而电压互感器变换电压的目的不像变压器变换电压的目的是为了输送电能，主要是给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和负荷，或者用来在线路发生故障时保护线路中的电气设备，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几至几十伏安，最大也不超过1 kVA。

在线路上接入电压互感器变换电压，那么就可以把线路上的高压电压，按相应的比例，统一变换为一种或几种低压电压，例如通用的电压为100 V的仪表，就可以通过电压互感器，测量和监视线路上的电压。

2 电容式电压互感器简介

电容式电压互感器（CVT）是通过电容分压把高电压变换成低电压，再经中间变压器提供给计量、继电保护、自动控制、信号指示。CVT还可以将载波频率耦合到输电线路用于通信、高频保护和遥控等。

因此与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器除可防止因电压互感器铁芯饱和引起铁磁谐振外，还具有体积小、质量轻、造价低等特点，还可用于电网谐波监测，因此在电力系统中得到了广泛应用。

3 电容式电压互感器工作原理

电容式电压互感器从中间变压器高压端处把分压电容分成两部分，一般称下部电容器的电容为C2，上部的电容器串联后的电容为C1，则外加电压为U1时，电容C2上分得的电压U2为：

U2= （C1/ C1+ C2） U1

调整C1和C2的大小，即可得到不同的分压比。

为保证C2上的电压不随负载电流而改变，串入一适当的电感，即电抗器。

当把电抗器的电抗调整为：

ωL=1/ω（C1+ C2）

时，即电源的内阻抗为零，并经过中间变压器降压后再接表计，二次侧的负载电流经过中间变压器变换就可以大大减少，电容式分压器的输出容量将不受测量精度的限制。电容式电压互感器原理接线图，如图1所示。

4 电容式电压互感器和电磁式电压互感器的区别

4.1 电磁感应式电压互感器

基本结构也是铁心和原、副边绕组。工作原理与变压器相同，容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。由于本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。

因此，电压互感器的原边通常接有熔断器，副边则有一点可靠接地，避免当绕组绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。

正常运行时，电力系统的三相电压对称，副边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保护动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。所以，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心或采用三台单相电压互感器。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。

4.2 电容分压式电压互感器

在电容分压的原理上制造。电容C1和C2串联，U1为原边电压，为C2上的电压。在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振过电压。

电抗可补偿电容器的内阻抗，电容式电压互感器用英文字母简称为CVT。CVT多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以降低造价、简化系统。

5 设备情况

220 kV刘尧变电站110 kVI母电压互感器，系锦州电力电容器有限公司（原锦州电力电容器厂）生产的TYD110/√3-0.02H型电容式电压互感器，1999年8月出厂，1999年12月投入运行。

6 故障发现情况

2014年9月22日13：30分，220 kV刘尧变电站值班人员发现110 kVI母C相电压互感器二次无电压，立即汇报相关领导，随后改变运行方式将IⅡ段母线并列运行并将110 kVI母电压互感器停电退出运行。

7 现场试验情况

2014年9月23日变电运检室电气试验人员到达现场对110kVI母C相电压互感器进行了检查试验，具体试验方法及数据如下。

7.1 测试环境

天气：多云；

大气温度：30 ℃；

湿度：55%

7.2 绝缘电阻

上节主电容C1一次对地：20 000 MΩ；

分压电容C2末端δ对地：23 000 MΩ；

二次绕组对地：260 MΩ；

7.3 直流电阻

af、xf：0.1 066 Ω；

a1、x1：0.01 471 Ω；

a2、x2：0.01 628 Ω。

7.4 介损及电容量测试

①自激法测量主电容C1和分压电容C2的C和tanδ：无法测出。

由中间变二次绕组af、xf励磁加压，中间变一次绕组尾端E点接地，分压电容C2末端“δ”点接介损电桥高压端，主电容C1高压端接介损电桥的“CX”端，加压2 kV。

②反接线测量中间变的C和tanδ。

98140PF/5.098%。将C2末端δ与C1首端相连，中间变一次绕组尾端E点悬空，中间变各二次绕组均短接接地用介损电桥反接线测试，加压2 kV。

③正接线测量主电容C1的C和tanδ：0.051PF/-11473%。

主电容C1高压端接介损电桥高压端，分压电容C2末端“δ”点接地，中间变一次绕组尾端E点接地。中间变各二次各绕组首尾相连接介损电桥的“CX”端，加压2 kV。

正接线测量分压电容C2的C和tanδ：20660PF/21.16%（主电容C1高压端接地，分压电容C2末端“δ”点接介损电桥高压端，中间变一次绕组尾端E点接地。中间变各二次各绕组首尾相连接介损电桥的“CX”端，加压2 kV）。

8 分析与结论

电气试验人员在进行了绝缘电阻和直流电阻试验后，没有发现明显故障点，在用自激法测量主电容C1和分压电容C2的C和tanδ时，无法升压，仪器显示回路断线，试验人员随后用反接线测试中间变的C和tanδ，证实中间变完好，故障点在主电容C1和分压电容C2上；试验人员遂采取正接线方法分别对主电容C1和分压电容C2进行测量，发现主电容C1电容量为0.051PF，tanδ为-11473%。于是判定主电容C1击穿，造成C相电压互感器二次无电压显示。

参考文献：

[1] 国家电网公司生产技能人员职业能力培训教材.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2010.