500kV电容式电压互感器故障原因分析

唐甜 魏宇轩 王一博

摘要：随着科学技术的发展，电容式电压互感器在我国500kv电力系统中得到了广泛的应用。本文针对电容式电压互感器单相失压问题，通过电容式电压互感器的高压试验和设备拆卸，分析其故障原因。结合日常检查和高压试验方法，提出相应的预防措施，为同类设备的安全可靠运行提供指导性建议。

关键词：电容式电压互感器;高压试验;故障

引言

电压互感器主要分为电磁式和电容式两种。早期我国电网主要使用电磁电压互感器，它直接通过电磁耦合将高压转化为低压。随着电力系统的输电电压逐步增高，电磁式电压互感器的体积越来越大，成本也随之越来越大。电容式电压互感器（CVT）因其具有体积小、绝缘强度强、性价比高等一系列优点，在电网中得到广泛的运用。但由于国产CVT厂家众多，产品质量参差不齐，部分产品家族性缺陷也频繁发生，影响着电网的安全稳定。

1电容式电压互感器的基本原理

电容式电压互感器是由电容分压器抽取电压，再经变压器变压得到标准二次电压，提供给保护、测量、计量、控制等仪表装置使用，其中电容分压器还可兼作电力线载波通信用。与常规的电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器不仅可避免因电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振，还在经济和安全上有很多优越之处。电容式电压互感器主要由电容分压器和电磁单元组成。电容分压器由瓷套和装在其中的若干串联电容元件组成，瓷套内充满微正压的绝缘油，并用钢制波纹管补偿不同温度造成的油压变化。电磁单元由装在密封油箱内的中间变压器、补偿电抗器和阻尼装置组成，油箱顶部留有一定的气隙。补偿电抗器用于消除容抗压降随二次负荷变化引起的电压变化，可使电压稳定。阻尼装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下有很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已饱和，只剩电阻负载，使得振荡能量很快被降低。电容式电压互感器是电力系统中的重要设备之一，其可靠运行直接关系着电力系统安全与稳定，影响着供电质量。电容式电压互感器如果故障就可能导致二次电压消失，造成保护装置误动，影响电网安全稳定运行。

2故障原因分析

在以往工程中，500kv线路侧电压互感器常规配置为电磁式电压互感器。根据《国家电网有限公司35～750kV输变电工程通用设计、通用设备应用目录（2019年版）》中，500kv电压互感器通用设备中，剔除了电磁式电压互感器，仅保留电容式电压互感器，故本工程选用单相式电容式电压互感器。本工程中引起母线电压不平衡的可能原因有以下几种：

（1）即当长距离空载线路，线路对地容抗大于线路感抗时，就会发生线路末端电压升高的现象。实际上，系统中电源容量是有限的，当发生电容效应时，线路的电容电流流过电源上的电感也会造成电压升高，从而引起电压不平衡。

（2）电网正常运行时，由于线路的三相对地电容不平衡，即线路换位不完善，线路的三相阻抗不对称，从而导致电网中性点与地之间存在一定电压，其电压值的大小直接与电容的不平衡度有关。

（3）电压互感器设备本身的故障因素。

（4）三相PT不对称引起的电压不平衡。线路PT非全相运行时也会造成电压不平衡，一相或两相PT的接入会导致系统三相对地电容的不平衡，从而引起电压不平衡。

3防范措施

3.1加强对电容式电压互感器二次电压的监视

当出现二次电压异常时，运行人员应迅速判断二次电压异常的具体原因，分析是回路问题还是一次设备问题，以便检修人员迅速做出应急反应。

3.2解体检查

进一步解体检查发现，电容单元C1尾端引出线与中间变压器高压侧一次引线连接处紧固螺丝有明显放电痕迹，螺丝附件引线外护套有明显碳化现象，用手能轻松拧动螺丝。判断放电原因为螺丝松动导致运行中产生悬浮放电，解体情况与电气试验、油色谱分析结果相吻合。

通过电气试验、油色谱试验及解体检查联合诊断分析得出，出现异常声响的原因为互感器内部存在局部放电，而发生局部放电的根本原因是中压引线接触不良，局部放电为悬浮放电。局部放电原因为CVT在出厂装配中中压接头引线螺丝未完全紧固，运行中电磁振动出现松动，引起该部分产生悬浮放电，长期局部放电释放的能量使引线外护套绝缘碳化，导致绝缘油分解产生大量的氢气和乙炔等烃类气体。此外，通过油微水、介损测试及解体检查可知该CVT电容单元和电磁单元均存在不同程度受潮，导致介质损耗因数增大及绝缘电阻降低。

3.3加强对电容式电压互感器的巡视

发现电容式电压互感器外观有锈蚀时，应使用望远镜仔细检查，必要时配合红外测温检查。

3.4预防措施及建议

进行专项排查，做一次专项红外精确测温，对于电磁单元三相间温差超过2K或专业巡检存在异常的设备应开展油样工作（含色谱、微水、耐压），存在问题及时进行更换;缩短相应厂家电容式电压互感器油化周期、试验周期，对设备进行全周期跟踪;订货时签订相关技术协议，提高导体表面绝缘工艺，例如热镀锌处理。

3.5电容式电压互感器解体检查

对该电容式电压互感器进行解体检查，打开电磁单元盖板时发现油位过高，几乎与油箱上沿平齐，底部积水。中间变压器顶部可观察到明显锈蚀，高压接线板上部有油泥。进一步拆开电磁单元盖板，发现电磁单元盖板与下节电容器下部连接处密封槽锈蚀严重，部分密封槽边棱已被蚀透，失去密封作用，极易受潮进水。电容式电压互感器解体后，单独对中压电容器C2进行电容与介损测试，试验结果均满足技术要求，因此该电容式电压互感器所有电容状况均良好，故障点在电磁单元。

3.6对500kV同型号的互感器产品停电进行预防性试验

試验时注意电容值、介质损耗因数、绝缘电阻，都要符合规程要求。

4结语

综上所述，当线路发生故障时，及时观测线路CVT二次电压，开展横向、纵向对比分析，发现异常时应及时申请停电检查线路CVT。当线路发生故障时，通过录波装置观察CVT二次电压的变化曲线，与CVT在典型试验电压下铁磁谐振的二次电压试验波形对比，发现铁磁谐振故障时应及时申请停电检查线路CVT。本文介绍了一起200kv线路电容式电压互感器二次电压降低的现象，阐述了通过现场高压试验和电容式电压互感器解体分析出二次输出电压降低的原因，并提出了相应的防范措施。本文为防止电容式电压互感器出现类似故障提供了一种可行的设备故障判断方法，为电容式电压互感器故障处理提供有效的指导，有助于保证电力系统安全稳定运行。

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