冶金企业电压互感器二次电压异常分析及应急处理

(河钢唐钢能源科技分公司，河北唐山 063000）

前言

电压互感器是电网中的重要组成部分，电压互感器运行的稳定性直接影响着冶金企业生产的稳定运行以及保护控制的准确性。从本质上讲，电压互感器就是变压器，主要用于母线及线路电压变换工作。电压互感器的类型较多，其中使用较为普遍、使用范围较广的就是电容式电压互感器，此种互感器具有好的绝缘性和耐压性能，同时生产成本相对较低，可以实施高频通信，所以在高压电网中得到了大量应用。但是受到设计能力、生产工艺、材料质量等方面的影响，其中二次电压异常成为电压互感器运行过程中最为常见的故障之一。造成电压异常的情况有多种，并且分析较困难，本文主要以某电压互感器为例分析二次电压异常情况，并提出相应处理策略。

1 电容式电压互感器工作原理分析

一般情况下，电容式电压互感器主要包括“电容分压器”以及“电磁单元”两部分，在电力系统中广泛应用。电容分压器由若干电容单元串联组成，电容单元的数量与电压等级、电容单元的允许电压值有关。具体的工作原理电路如图1所示。

图1 电容式电压互感器原理电路图

其中C1 表示高压电容；C2 表示中压电容；T 表示中间变压器；BL 表示氧化锌避雷器；LK 表示补偿电抗器。1a 和1n 表示1 号主二次绕组引出端；2a 和2n 表示2 号主二次绕组引出端；da和dn 表示剩余电压绕组引出端。

在实际工作过程中，由C1 和C2 形成的电容分压器，将一次电压转换成为中间电压，然后利用电磁单元继续将一次电压转换成为二次电压。通过补偿电抗器形成等效的阻抗补偿对电容器进行分压，这样就能够减小对回路压降的影响，大大降低对二次电压的影响。在补偿电抗器两侧并联氧化锌避雷器，可以起到有效限制过电压的作用，同时对铁磁谐振产生阻尼。二次出线端子和载波端子利用油箱侧壁的二次接线盒引出，一定要确保不接载波的情况下电容分压器低压端子和电磁装置低压端子的连接可靠性，避免高压进入到接线盒而破坏二次设备，影响到人身安全。另外，电压互感器在运行过程中接载波端子要直接接地，确保连接的可靠性。

以电磁感应原理为依据，实际运行过程中可以将电容式电压互感器等效成为图2所示回路。

图2 电容式电压互感器等值回路

其中Xc 表示等值电容阻抗；XT1以及XT2表示中间变压器一二次绕组漏抗；XK表示补偿电抗器的电抗；Zm表示中间变压器励磁阻抗。由于避雷器在整个电路中相当于一个大电阻，在回路中可以进行忽略处理。分压电容器正常工作时，互感器的电磁单元和二次电压等原件都会产生相关性，一旦补偿电抗器或者两侧绕组发生故障都会造成二次电压降低。

2 故障基本情况概述

2017 年9 月1 日变电站发出了10 kV 母线PT 断线警报，相应工作人员对于出线保护的电压检查得知，某电容式电压互感器的A相二次电压要比BC两相略低，同时开口三角电压相对较高；不同于该电压互感器，同一母线其他电容式电压互感器二次电压都处于平衡状态且开口三角电压相对较低。

通过仔细的外部检查可知，电压互感器的外表并没有出现破损，具有较好的接地，并没有出现闪络或者其他异常问题，可以判定发生二次电压异常的电压互感器A 相内部发生了问题，应立即将系统停电进行项目检查。

3 异常情况的常规检查和实验分析

这台电容互感器的电容分压器是由三个独立的电容器组成，其中高压电容C1 由上节、中节和下节的一部分共同作用组成，中压电容C2由下节其他部分组成，同时电磁单元一次绕组和抽头相连接，并且密封到电磁单元壳体内部，很难对中压电容进行检查。为了明确异常情况的原因，先要对相对独立的电容进行检查，对介质损耗因数和电容量反复进行测量并记录相应结果数据，具体如表1所示。

表1 介质损耗因数和电容量测试结果

从表1 中可知，不同位置电容量以及初值误差都在限定值（±2%）之内，并且介质损耗因数也在限定值（0.5%）之内，这就说明各节电容都处于正常运行状态，这样就可判定并非电容分压器的故障，需要对电磁单元进行详细的检查。变压器的一次绕组、补偿电抗器和避雷器这些电磁单元器件都安装在一个密封的壳体中，所有测量数据首选选取二次绕组的绝缘以及直流电阻，将具体的测量数值记录下来汇总如表2所示。

从表2 中可知，不同二次绕组绝缘电阻要远大于限定值（10 MΩ），但是直流电阻并没有发生较大的改变，这样就能够判定并非二次绕组故障，所以要对电压互感器异常情况进行深入分析，需要对一次绕组和其他相关元件进行检查。

4 异常情况的深入检查分析

（1）为了进一步分析异常情况的原因，需要将下节电容器以及电磁单元进行解体，发现电磁单元壳体内部绝缘油处于正常状态，并没有存在杂质，同时中压电容接线以及电磁单元并没有异常情况。

（2）互感器打开后，在接地端对一次绕组、补偿电抗对地绝缘电阻进行测量，发现电阻值仅为0.08 MΩ，说明绝缘层出现了明显的问题。将一次绕组和避雷器拆开对内部电阻进行测量，发现一次绕组、补偿电抗对地绝缘电阻值达1000 MΩ。

由此可以判定，电压互感器的异常情况主要由避雷器引起。在拆分避雷器的过程中，发现阀片已经发生了非常严重的潮锈和劣化现象，同时阀片还有明显的放电迹象，在瓷套的内部也出现各种烧伤的痕迹，阀片绝缘层电阻测量值仅为0.08 MΩ，通过一系列分析可以准确判定，阀片劣化后造成避雷器的整体绝缘性能下降。

避雷器绝缘性能的下降就相当于将补偿电抗器进行了短接接地，增大回路中等值电容（C1+C2）的影响，会提升等值电容阻抗XC所承受的电压降，从而造成中间电压的下降以及中间变压器二次电压的降低。所以发生异常情况的电压互感器故障得以明确，需要对电磁单元进行替换。

故障处理：安装全新电磁单元进行相应的试验，确保试验合格之后才可以投入运营，之后测量二次电压得到三相平衡并且相位准确，整个设备可以正常运行。

5 结束语

对于冶金企业变电系统而言，电容式电压互感器是非常重要的组成部分，具有非常广泛的应用。但是此种互感器的分压电容部分相对脆弱，长时间运行后容易被击穿。另外，电压互感器的电磁单元相关元件都处在绝缘油密封的封闭空间，对于散热是非常不利，所以不但要确保其电气和绝缘性能的正常有效，同时也要保证不同元器件温升性能符合电磁单元壳体内长时间运行条件，以最大程度预防发生故障，确保整个电网的正常运行。