一例110 kV电容式电压互感器过热异常故障浅析

董腾垚，张 弛，王成智，童 歆

(1.国网湖北省电力公司十堰供电公司，湖北 十堰 442000；2.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；3.国网湖北省电力公司电力科学研究院，高压电气设备现场试验技术国网重点实验室，湖北 武汉 430077)

0 引言

电容式电压互感器（CVT）是由电容分压器和中压电磁单元组成的具有独特结构的一种电气设备，能够兼顾电压互感器和电力线路载波耦合装置中耦合电容两种设备的功能，具备良好的瞬变响应特性。因此，近年来电容式电压互感器广泛运用于电力系统中。但由于结构原因，电磁单元体积较小，绝缘距离较小，不同生产厂家装配工艺参差不齐，容易导致CVT发生故障。常见的CVT故障有分压电容器损坏、中间变压器损坏和补偿电抗器损坏等。若不及时处理，不仅会影响测量，严重会引起喷油、起火、保护误动等事故。

本文介绍十堰某变电站110 kV电容式电压互感器过热故障、诊断分析情况和处理方法。

1 电容式电压互感器原理

电容式电压互感器为组合式单柱结构，由电容分压器和中压电磁单元组成。电容分压器由高压电容C1和低压电容C2构成，利用电容分压后通过套管接入电磁单元。电磁单元包括中压变压器、补偿电抗器、阻尼装置等。电容式电压互感器电气原理图如图1所示。

图1 110 kV电容式电压互感器原理接线图Fig.1 Wiring diagram of 110 kV capacitive voltage transformer

由图1可知，正常运行时，CVT承受系统电压，经高压电容C1和低压电容C2分压后，通过中间变压器降至100 V或100/√3 V供给计量仪表和继电保护装置。

2 故障经过

2017年4月3日，十堰供电公司运维人员巡视某变电站时，发现34开关保护装置报TV断线故障。二次检修班到现场进行检查，该间隔110 kV电容式电压互感器外观完好，无异常声响。根据《DL/T 393-2010输变电设备状态检修试验规程》的要求，现场带电测量两组二次电压线圈的输出电压，其输出电压分别为9 V和4.7 V，远小于正常运行电压100 V和V，与CVT后台监控设备发出失压报警一致。随后，对该带电间隔进行红外精确测温，柏34线路电压互感器A相油箱本体温度比B相和C相相同部位高16℃，如图2所示。

确认故障后，运维人员根据地调命令将柏34开关及线路转检修，更换故障相电压互感器。

3 故障分析

3.1 现场试验

根据《DL/T 393-2010输变电设备状态检修试验规程》的要求，对于存在异常的电容式电压互感器可开展电容单元的电容值和介质损耗测量试验、电磁单元绝缘电阻测量、电磁单元绝缘油试验等。

图2 CVT红外测温图Fig.2 CVT infrared thermometer

（1）绝缘油试验

从电容式电压互感器的油箱中取绝缘油样，进行绝缘油含气量成分分析试验、油中含水量试验和油耐压试验。

《DL/T 393-2010输变电设备状态检修试验规程》中规定，110 kV设备绝缘油耐压警示值为35 kV，220 kV及以下设备绝缘油中含水量应不大于25 mg/L。试验测得该电压互感器绝缘油含水量为38.2 mg/L，绝缘油耐压为24.7 kV，均超过标准值。

该电容式电压互感器绝缘油含气量成分试验结果如表1所示。按照《DL/T 722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则》的要求，110 kV及以上电压互感器乙炔含量的注意值为≤3 μL/L，氢气含量的注意值为≤150 μL/L。根据表1测试数据发现，该电容式电压互感器绝缘油中H2、乙炔和总烃含量已严重超标。利用“三比值”法可判断油中放电类型，根据表1的油色谱数据计算其“三比值”为（1，0，1）。根据《DL/T 722-2014变压器油中溶解气体分析和判断导则》，可判断该油样中存在电弧放电故障，且放电时间较长。

综合绝缘油试验结果，可以判断该电容式电压互感器绝缘油已严重劣化，该设备内部存在明显的放电现象。

表1 故障相CVT绝缘油色谱测试结果Tab.1 Test results of fault phase CVT oil chromatogram

（2）电容值测量

当电容式电压互感器电容单元存在故障时，部分串联电容被击穿，导致其分压比发生变化，其输出电压异常。将故障相电容式电压互感器的电容单元和电磁单元分离，测量电容单元的高压电容C1和低压电容C2，其试验结果如表2所示。

表2 故障相CVT电容测试结果Tab.2 test results of fault CVT capacitor test results

由表2可知，测试结果与出厂值一致，因此该故障相CVT电容单元无异常。

（3）绝缘电阻测量

测量电容式电压互感器电磁单元的绝缘电阻，其测量结果如表3所示。

表3 故障相CVT绝缘电阻测试结果Tab.3 Test results of fault phase CVT insulation resistance

由表3可知，电磁单元一次绕组已短路接地，存在绝缘故障，电磁单元二次绕组对地绝缘良好。

3.2 解体分析

对故障的电容式电压互感器进行解体检查，发现CVT油箱密封条卡槽加工不良，密封失效，潮气侵入。油泵抽出CVT油箱内绝缘油后，底部少量油状液体流出，缸壁存在大量裹油水珠，油箱底部有水分聚集，如图3所示。

图3 CVT油箱密封不良Fig.3 The tank of CVT poorly sealed

电容式电压互感器油箱内部受潮后，绝缘油劣化，造成电磁单元一次绕组绝缘性能较低，进而发生短路接地故障。由于油箱内存在接地点，因此绝缘油温度升高，油中H2、乙炔含量增大，与试验结果一致。取出电磁单元，其一次绕组表面存在明显放电碳化的现象，如图4所示。

图4 电磁单元一次绕组解体结果Fig.4 Field disintegration of primary winding of electromagnetic unit

4 结语

以上所述电容式电压互感器油箱过热，是由于油箱密封槽锈蚀，密封失效，绝缘油及电磁单元绕组受潮，进而导致一次绕组绝缘损坏，存在短路接地故障，同时，影响电压互感器二次电压，造成后台报断线故障。

目前电网中运行的电容式电压互感器数量大，停电检修困难，为保障电网安全稳定运行，应在大负荷下加强巡视，监控后台电压，同时充分采用红外检测等带电检测手段，有效排查CVT过热故障。

运维人员巡视过程中发现渗漏油、油位下降等，应停电检查、更换密封圈(将原厂密封橡方改为橡圆)等，确保油箱密封良好，避免引起类似的故障。

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