电容式电压互感器潜伏性故障发现及原因分析

王巍津

摘 要：电容式电压互感器（CVT）近年来在电力系统中已广泛使用，因CVT本身的结构、性能特点，在系统运行中带来一些新的课题需要研究。本文结合在定期试验中发现的电容式电压互感器存在介损超标等缺陷情况，从电容式电压互感器本身结构和工作原理出发，分析了产生缺陷的原因和带来的危害，通过解体检查验证了电容式电压互感器绝缘介质已经被击穿，证实了产品的制造工艺存在问题是缺陷产生的主要原因。

关键词：电容式电压互感器；介损；潜伏性故障；击穿

电容式电压互感器（又称CVT）与电磁式电压互感器（PV）相比，具有电场强度裕度大、绝缘可靠性高、不与开关断口电容形成铁磁谐振并能削弱雷电波头等电气优点。电容式电压互感器一般适用于110kV及以上电压等级，目前在电力系统已得到广泛应用。由于受设计制造经验、工艺水平、原材料及过电压等因素的限制，投运后会发生各种各样的故障，影响了电网的安全运行。

本文以某母线型电容式电压互感器的异常情况为例，从电容式电压互感器结构原理出发，分析了产生缺陷的原因和带来的危害等，通过解体检查验证了电容式电压互感器绝缘介质已经被击穿，并证实了产品的制造工艺存在问题是缺陷产生的主要原因。

一、电容式电压互感器结构和工作原理

电容式电压互感器由电容分压器、电磁单元（包括中间变压器和电抗器）和接线端子组成。其结构有两种：一种是单元式结构；另一种是整体式结构。

二、现场试验和原因分析

1.现场试验

根据电力设备预防性试验规程，电容式电压互感器的常规试验方法包括絕缘电阻、介损和电容量的测量等。在现场对XX变220kV正母压变进行定期预防性试验时，上节C11介损和电容量的测量采用正接线法，下节C12、C2采用自激法进行，测试仪器采用某仪器厂型号为HV9001的全自动介损电桥，现场试验时间为2008年10月。发现缺陷的设备型号为TYD220√3-0.01H，出厂时间为2005年7月。现场测得本体对地绝缘电阻，主电容C1、分压电容C2的介损和电容量试验数据见表1。

表1介损tgδ和电容量Cx测试值

2.分析判断

绝缘电阻的测量主要用于检查CVT内的电容单元是否有严重进水受潮及贯通性绝缘缺陷，电容量的测量用于检查CVT内各电容单元是否存在击穿短路、断线和进水受潮及较严重缺油等现象，而介损的测量主要用于验证CVT内的电容单元是否有较严重的受潮和老化。

参照电力设备预防性试验规程（以下简称“规程”），可见测得的本体对地绝缘电阻是合格的。这是由于绝缘电阻的试验电压值比较低，不一定能发现被试品的非贯穿性局部缺陷，所以当设备有缺陷时仍存在绝缘电阻满足合格要求的可能。从表1中可以看出，A、B两相和C相下节的介损值均不大于0.00063，电容量的误差不大于0.25%，均符合规程要求。但C相上节测得介损为0.00355，大于规程要求的0.002标准值，显然已超标，而且与其余两相电容单元进行横向比较，也可以看出介损值已明显增大。此外，C相上节的电容量与铭牌值相比，误差为+1.43%，电容变化量虽未超出规程要求2%，但通过纵向及横向试验数据比较，可以看出变化量已属较大。

因为现场试验湿度较大，为了确保试验的精度和正确性，对电容式电压互感器进行外绝缘屏蔽试验方法进行确认，发现介损数据虽有所下降，但变化不大。从而可以基本排除湿度对试验数据的影响，因此初步判断认为C相上节数据异常是内部缺陷引起的。

根据电容式电压互感器的结构和工作原理，分析可以知道，最容易出现问题的就是电容分压部分。电容分压器固体介质是膜纸复合介质，其介损主要取决于电容器纸，即与纸的成分、纸中存在的无机杂质及其加工过程中加入的添加剂等有关。纸的占积率、电容分压器设计场强、额定电压、额定电容、瓷套管质量缺陷、真空干燥处理工艺等都将影响介损的测试值。根据缺陷情况及测试数据，并考虑到出厂日期和实际投运的时间段，初步分析认为，可能是由于C相上节存在着少量的几只电容单元受潮或安装工艺不良。结合设备运行情况及现场实际状态，经推断认为厂家干燥不彻底导致个别电容单元受潮的可能性最大，从而致使电容单元电场分布不均匀而造成局部击穿。电容分压部分由多个相同参数的单个电容元件串联组成，一般一节为90多个电容元件，每个电容元件上所承受的电压都一样，而个别电容单元的击穿，将引起该节电容量的增大。考虑到实测试验数据中C相上节电容量误差为+1.43%，可以初步估计被击穿的电容单元为1-2个。

3.解体分析

为了验证试验分析的正确性，确定缺陷的具体情况，将更换下的电容式电压互感器返厂进行解体检查。解体前的局部放电测试和油样理化分析表明，电容分压器的局放水平正常，油的介电强度和微水含量较正常。对电容器实行解体后，发现有2个电容分压元件击穿，被击穿的部位都集中在引铂片的周边。

分析缺陷产生原因主要有以下几个方面。

（1）产品制造工艺存在问题。

（2）电容单元干燥不彻底，残余水分较多，存在局部受潮现象。

（3）真空干燥处理温度及在该温度下经受的时间控制不当，从而导致介质，尤其是聚丙烯膜的提前老化。2004年底至2006年4月期间，该生产厂家有部分CVT电容分压器的10kV介损达不到要求而重新进行真空干燥处理，反复真空干燥处理使得绝缘强度降低。同时，真空干燥处理温度过高，也会因膜的热收缩而导致铝箔的横向皱褶严重，从而导致皱褶处电场分布不均匀。

结语

随着电容式电压互感器在电力系统中的广泛应用，由于其结构原理、采用的工艺、材料、运行维护等原因，出现的故障情况很多。综合前面叙述的情况，要避免故障的出现甚至发展成事故，除要求生产厂家在制造过程中要严把质量和工艺关，检修单位在进行此类电容式电压互感器预试时，不但要重视试验数据与标准的对照，同时要注重对电容元件电容量的测量值与历史数据和不同相间电容量进行比较，观察其变化量的幅度。即便数据仍然满足标准范围，但与横向和纵向比较变化较大时，尤其是投运后一年后的第一次预防性试验，建议利用不同的试验方法进行综合比较分析，以确定缺陷是否存在，便于及时排除安全隐患。考虑到仍有该批次设备尚在运行中，要求在日常维护时要加强巡视检查。

参考文献：

[1]印花，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）.

[2]张霁.电容式电压互感器的特点及存在问题[J].江苏电机工程，2000，（1）.

[3]孙鹏举.500kV变电站电容式电压互感器故障原因分析及经验教训[J].电力设备，2008，（10）.

[4]王治生.GB4703—1984电容式电压互感器[S].北京：中国标准出版社，2001.

[5]陈化钢.电气设备预防性试验方法[Z].1996.

[6]电力设备预防性试验规程（DL/T596-1996）[S].北京：中国电力出版社，1997.