330 kV电容式电压互感器喷油故障分析*

赵富强，包旺宁，贺 政，丁晓成

(国网庆阳供电公司，甘肃 庆阳 745000)

0 引 言

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，以下简称CVT)是由串联电容器分压，经电磁式互感器降压和隔离，用于继电保护、表计等的一种电压互感器。国产CVT从1964年西安电力电容器厂诞生以来，积累了五十多年的历史经验，在技术上已经进入成熟和稳步期。其绝缘强度高，能够有效降低雷电冲击，不会与系统发生铁磁谐振，造价低廉且能兼做耦合电容器用于电力线路载波通信，广泛应用于110kV及以上电力系统中。笔者根据实际运行中出现的一种喷油故障现象，探讨异常过程，得出故障原因，提出运行维护过程中的注意事项和改进措施。

1 结构及工作原理

CVT一般分为电容单元和电磁单位，电容单元主要由电容分压器(C1高压电容和C2中压电容串联)组成，电磁单元由中间变压器T、补偿电抗器L、阻尼器D、过压保护元件F组成。电容分压器由单节或多节耦合电容器构成，耦合电容器则主要由电容芯体和金属膨胀器组成。原理如图1所示。

图1 电容式电压互感器原理图C1.高压电容 C2.中压电容 T.中间变压器 L.补偿电抗器 D.阻尼器 F.过压保护元件 1a1n.主二次1号绕组 2a2n.主二次2号绕组 dadn.剩余电压绕组(100 V)

为补偿由于负载效应引起的电容分压器的容抗压降，使二次电压随负载变化减小，在中压回路中串接有电抗器，设计时使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到规定的负荷范围和准确级的电压信号。在中间变压器二次侧的一个绕组上，接有阻尼器，以便能有效抑制电压互感器内部发生的铁磁谐振。过压保护元件在二次短路或开断时限制补偿电抗器两端过电压，同时对铁磁谐振起抑制作用。

2 330 kV电容式电压互感器喷油故障分析

2.1 基本情况

2.2 故障及诊断

2021年1月12日11时，运行人员发现某变电站330kV线路电压互感器B相上节电容顶部有喷油迹象，电压互感器底部地面有大量喷洒状油渍，巡视检查A相、B相、C相电磁单元油位均为1/3，后台及装置无异常信号发出，三相线路电压正常。现场上节外观状况及地面油渍如图2所示。

图2 上节电容外观及地面油渍

检修人员到现场，对该线路CVT进行外观和一二次接线进行检查，发现外观良好，油位正常，红外测温无异常，三相PT一次接线及一次接地均正确且可靠牢固。三相PT二次回路接线正确，电压空开正常，无损坏现象。二次接线无松动现象，二次接地符合反措及相关规程要求。下午16时对其进行停电检查试验，试验数据如表1、2所列。表1中仪器型号为L4305绝缘电阻测试仪试验环境温度为-2 ℃，相对湿度为32%。电表中数据可知试验结论为合格。表2中仪器型号为L8803介损仪。由表中数据可知试验结论为合格。

表2 结路CVT电气试验数据(2)

随后下午17时电科院人员到达现场，再次试验检测，产品编号142971(B相)，试验数据如表3所列。

表3 线路CVT电气试验数据(3)

从表1、2可以看出，根据Q/GDW 1168-2013《输变电设备状态检修试验规程》中电容式电压互感器例行试验要求：tgδ%≤0.25%(膜纸绝缘)。该电压互感器停电试验，绝缘电阻和介质损耗、电容量数据，A、B、C三相均合格。

表1 线路CVT电气试验数据(1)

表3对比试验数据可以看出，此台产品B相2020年4月5日和2021年1月12日两个时期的电容、介损数值未发生明显变化，分压器内部元件没有击穿。

通过试验数据分析，该CVT各项数据合格，外部观察无明显喷油点。需进一步解体检查。

2.3 电容式电压互感器的解体检查

2021年01月20日，在兰州检修基地对B相CVT进行解体检查，检查情况如下。

2.3.1 外观情况

设备解体前，对产品外观、瓷套状态进行了全面检查，上节分压器瓷套表面有大量油迹，且已经腐蚀表面的PRTV 胶，如图3 所示。

图3 上节瓷套外观 图4 过渡盖外观

2.3.2 过渡盖检查

取下分压器顶部的过渡盖，发现下表面有锈蚀，金属膨胀器出气槽尾部通孔周边有油迹，其余部位无明显油迹，如图4 所示。

2.3.3 上盖检查

分压器上盖外表面金属膨胀器出气口周围及出气槽尾部有油迹，其余位置无明显油迹。上盖外表面与过渡盖下表面的油迹位置基本对应。取下分压器上盖，发现下盖内表面联接片螺栓固定位置有明显的电弧烧伤的黑色痕迹。芯子联接片已经从螺栓固定位置脱开。上盖内外表面如图5所示。

图5 上盖内外表面

2.3.4 芯子检查

芯子高压联接片脱落位置见图 6，高压联接片(图 7)开孔有撕扯痕迹及被电弧烧熔破口，外表面被电弧烧伤残缺；分压器下盖低压联接片(与高压联接片在同一侧平面)周围(图 8)和芯子顶部布满油和金属黑色碳化物。

图6 芯子连接片脱落 图7 连接片开孔

图8 芯子顶部及黑色碳化物

2.3.5 金属膨胀器检查

金属膨胀器与联接片对应位置有放电产生的坑洞，且金属膨胀器已经击穿金属；膨胀器外表面被电弧烧伤成黑色，如图9所示。金属膨胀器内部充液体，把液体倒出观察，发现液体为油水混合物，颜色为黑褐色，有油水分层现象。 如图10所示。

图9 膨胀器表面坑洞 图10 膨胀器内部液体

2.4 故障原因分析

(1) 直接原因：当联接片固定位置松动，接触不良时会造成间歇放电和接触电阻增大发热，联接线掉落位置开孔破裂黑色碳化物，在热能和电蚀的共同作用下，联接片开口会破裂，严重时最后脱落。

(2) 间歇放电过程分析：正常连接可靠时，金属膨胀器、盖、过渡盖、联接片均等电位，电压按电容分布；在接触不良的瞬间，金属膨胀器、盖、过渡盖处于高电位，芯子联接片处于零电位，从而产生高能放电，放电范围最先涉及到联接片与金属膨胀器最近位置。

(3) 金属膨胀器击穿可能原因分析：由于 CVT 带电运行，芯子联接片与金属膨胀器之间会持续间断放电，在热能和电蚀的共同作用下，严重情况下可能会导致金属膨胀器击穿，较轻情况下可能会在金属膨胀器表面形成坑洞。

(4) 喷油过程分析：当金属膨胀器被击穿后，膨胀器内部的水可能会从洞口进入，在强大热能的作用下，分压器内部压力增大，油会沿洞口进入到膨胀器内部，当膨胀器内部油水混合物充满膨胀器时，绝缘油便可能会从膨胀器出气口及出气槽喷出，从而在分压器上端形成喷油现象。

(5) 芯子联接片松动原因分析：如果运输过程中产品卧放，芯子联接片可能受挤压拉扯力会受损而松动，当松动发生后就会导致间歇放电、金属膨胀器击穿、分压器喷油的过程结果发生。

(6) 金属膨胀器内部有水可能原因分析：分压器在清洗工序时，极有可能是忘带密封帽的原因。

CVT的生产工序当中，分压器真空处理出罐后及油漆前有清洗工序，该工序工艺文件明确要求：由于分压器未装配过渡盖，且清洗水流会从上、下、左、右、前、后 6 个面立体喷射分压器，为避免水进入金属膨胀器，在清洗前必须带上密封帽，如果在操作时忘带密封帽，水就会进入金属膨胀器内部。分压器清洗工序如图11。

图11 电容分压器清洗、膨胀器出气孔密封

2.5 改进措施

此次产品分压器的芯子与上盖之间联接线松动脱落具有偶发性，但也需要引起高度的重视，采取有力的措施，防止发生类似和其他的异常情况，确保设备安全可靠的运行。

(1) 所有厂内产品生产工序进行检查，特别加强 CVT 产品的装配、清洗工序检查。

(2) 加强对操作者的技能培训，提高操作水平和质量意识，严格按照工艺要求进行装配，以此为例，进行专题讲解与培训。

(3) 严格进行“三按”生产，严格执行“三检”制度，确保产品生产过程和零部件质量符合质量要求。

(4) 运输外包装上，均标有立放标识，并在包装箱上标识“严禁卧放”的警示标识。

(5) 变电站人员加强巡视检测，做好预防性试验，定期开展精准红外测温，及时发现温度变化，以便及时发现问题并采取适当措施。

2.6 预防措施

现场预防措施见表4所列。

表4 预防措施

3 结 语

以上电容式电压互感器喷油故障案例的分析，从故障发生的原因、防范措施、现场巡视注意事项做了全面阐述。在目前的电网高质量发展过程中，电能质量的安全、优质、稳定对变电站管理单位提出了更高的要求。为保障电网安全稳定运行，应在大负荷、极端天气等情况下加强巡视，充分利用红外精准测温，及时发现并消除此类隐患，避免造成电网安全事件。