两起因衬垫开裂引起的电容式电压互感器异常发热分析和处理

吴 昊，韩彦华，杨智军，刘 剑，李良书

（1.国网陕西省电力有限公司电力科学研究院，陕西西安710199；2.国网陕西省电力有限公司检修公司，陕西西安710048；3.国网陕西省电力有限公司，陕西西安710004）

0 引言

电容式电压互感器在电网中非常广泛的应用，与传统的电磁式电压互感器互感器相比，电容式电压互感器具有绝缘性能好、生产成本低、不易与断路器断口电容产生谐振等优点。近年来，电容式电压互感器在运行中出现温度分布异常、二次电压异常等情况较多，需要分析缺陷原因，在生产制造，设备验收，运行维护时加强监督，防止互感器异常引起计划外停电等电网故障[1-4]。

2019年某省发现了两起电容式电压互感器缺陷，均表现为温度分布异常，经解体发现互感器缺陷原因均为低压套管衬垫开裂引起下节电容少油状态下运行。两起缺陷原因一致，现象相似，故可以比较综合讨论。

1 设备运行状况

某750 kV变电站电容式电压互感器，2014年4月出厂。2019年9月，变电站后台出现线路保护PT断线报文，运维人员现场对互感器进行了红外测温，发现互感器A相下节分压电容温度分布异常，红外图谱如图1所示。绘制A相、B相下节电容温度沿竖直方向的温度分布曲线，如图2所示，可以看出B相温度分布自上而下过渡平缓，无明显凸起形态，A相中下部存在明显极大值。对互感器外观进行检查，套管电磁单元无异常，但油位超过视察窗上限。

图1 电压互感器红外图谱

图2 温度分布曲线

2 设备试验数据

临停后对互感器三相均开展了电容、介损测量试验，试验结果如表1所示。A相下节电容数据不合格。通过试验发现，分压电容C11电容量由19.15 nF增长至21.93 nF，初值差为14.5%，达到标准警示值的7倍，介损也由0.055%增长至0.682%。依据标准DL/T 393—2010《输变电设备状态检修试验规程》，电容式电压互感器电容量初值差不超过±2%（警示值），介质损耗因数≤0.5%（注意值），因此电容量与介质损耗试验数据不合格[5]。

表1 A相下节电容试验数据

电容式电压互感器为单相单柱式结构，由电容分压器以及电磁单元构成。电容分压器由一系列电容单元串联组成，包括上节高压电容以及下节分压电容，其作用是将一次侧电压降至下节分压电容输出电压。电磁单元包括补偿电抗器、中压变压器等部分。电磁单元通过中间变压器，将下节分压电容输出电压降为供系统测量、继保装置、控制系统使用的二次电压信号。电路结构图如图3所示。

图3 电容式电压互感器电路结构图

结合异常报文、红外热像图谱以及试验数据，可初步判断互感器可能存在电容芯子部分击穿的现象，不能再安全运行。于试验当天对互感器进行了整体更换，并恢复线路运行。

3 解体检查及原因分析

电容式电压互感器结构图如图4所示[4]，可以看到电磁单元位于电容式分压器下部，下节分压电容通过套管将电压引至中间变压器。

对该电容式电压互感器解体发现，下节电容器底部低压套管的衬垫已开裂，如图5所示。低压套管存在漏油现象，位于下节电容器下方的电磁单元油箱内油已满。另一方面，下节电容器电容芯子解体后可明显观察到芯子上部比较干燥，变压器油没有浸没，如图6所示。拆开电容芯子可发现多个击穿元件，击穿点如图7所示。

综合以上解体分析可以得出，该电容式电压互感器的缺陷发展是，衬垫开裂引起下节电容漏油，下节电容的上半部分的电容单元在缺油工况下运行，绝缘强度下降，最终引起部分电容元件击穿以及互感器表面温度分布异常。

图4 电容式电压互感器结构

图5 低压套管衬垫开裂

图6 芯子干燥部位

图7 元件击穿点

4 另一起类似缺陷

某330 kV变电站电容式电压互感器，2014年4月出厂，与第一起缺陷涉及设备为同厂家、同型号、同批次产品。2019年4月，该互感器A相中部温度异常，油位视察窗已满。临时停电后对互感器进行电气测量，介损值及电容值均严重超标。下节电容器电容量由14.95 nF增长为18.63 nF，初值差达24.61%，达到标准警示值的12倍，介质损耗由0.039增长为0.938，电容量和介质损耗均严重超标。经解体发现，该互感器的下节电容器低压端子衬垫破裂，下节电容器缺油运行时电容芯子元件温度升高、绝缘性能降低，部分元件发生击穿。

5 结语

衬垫或密封圈开裂是造成电压互感器故障或缺陷的重要诱因，据广州电网统计：2005年1月~2015年12月，广州电网通过带电测试、停电检测以及运行巡视等方式共累计发现电容式电压互感器运行隐患104起，其中由于二次端子盖锈蚀或密封胶圈老化造成电压互感器部件异常的共34起，占比32.69%[5]。

设备厂家对衬垫、密封圈等密封装置予以足够的重视，可在设计、材料、安装等多个生产环节加以控制：选用弹性强，撕裂强度高、老化速度慢的材质；设计尺寸时充分考虑各种情况；安装时使用力矩扳手，严格按照规程，避免局部张力过大、内部挤压断裂的情况。亦可通过优化产品结构设计，减少缓冲衬垫的使用。

对于电网的运维人员可从三方面加强对互感器的监测，及早排除隐患。比较互感器三相电压，注意是否有三相电压不平衡的现象；当漏油导致电容发生击穿短路时，主电容或分压电容的电容量必然会下降，这就会引起测量电压的升高或下降，故障相与正常运行相就会有电压差存在。加强对互感器的红外测温，并将各个互感器的温度分布加以比较，以及巡视时注意观察互感器电磁单元的油位，并与历时记录比较，当油位有异常上涨时应引起充分重视。