35kV电容式电压互感器故障原因与防范措施

罗磊

（上海新能凯博实业有限公司 上海 201416）

目前，电容式电压互感器得到大量应用，也在不同领域中发挥出重要价值。但由于其结构特点，目前，该类型设备的运行也常会出现一些特殊问题，为此，本文针对35kV 电容式电压互感器的运行故障进行了简要研究。

1 电容式电压互感器设备

电容式电压互感器设备的原理为：运用串联形式的电容器实现分压，再使用电磁式互感器来隔离并有效实现降压。目前，该类型设备主要用在继电保护领域、功率与电压值测量领域、自动控制领域及电能的计量领域等。与一般的电磁式电压互感器设备相比，电容式电压互感器的优点在于绝缘可靠性更高、成本较低、结构简单、体积较小、可进行电网的谐波监测及具有更高的安全水平。由于设备使用的阻尼器不同，电容式电压互感器也被划分为两种：一种是速饱和型，另一种则是谐振型。在当前的电容式电压互感器设备运行中，比较常见的异常表现包括二次电压较低、二次电压较高、二次电压存在异常波动、投入运行时存在噪音及电磁单元油位颇高。

2 35kV电容式电压互感器设备运行情况与故障原因分析

2.1 案例概况

某输电企业共管辖了5个变电站，目前，各变电站运行的35kV 电容式电压互感器设备共有8 台，其中，有两台设备为速饱和型电容式电压互感器，剩余6 台均为谐振型电容式电压互感器设备。这些设备从2010年3月开始投入使用，到目前为止，两台速饱和型电容式电压互感器均未发生故障问题，而谐振型电容式电压互感器共发生过5 次故障，大部分故障都是由于电磁单元电容器被击穿发生损坏而导致的。为了进一步解决并预防35kV 电容式电压互感器设备的故障问题，本文对其设备故障的内因及相应防止措施进行了分析。

2.2 相关故障统计分析

截止到目前，该输电企业变电站35kV电容式电压互感器设备共发生过5次故障问题，具体情况如下。

（1）第一次故障发生于2011年的6月份。故障的互感器设备为崇左变电站C1B 主变35kV 侧电容式电压互感器，其故障情况为C 相二次电压值超过了A 相与B相的电压值，同时，C相的电磁单元温度值也出现偏高，相较于A相和B相高出2～3℃。

（2）第二次故障发生于2013年的3月份。故障的互感器设备仍为崇左变电站C2B 主变35kV 侧电容式电压互感器，具体故障情况为C 相二次电压值小于A相与B相的电压值，同时，C相的电磁单元温度值也开始下降，与A相和B相相比要略低2～3℃。

（3）第三次故障发生于2017年的6月份。故障的互感器设备为永安变电站A2B 主变35kV 侧电容式电压互感器，故障情况为B 相二次电压值小于A 相与C相的电压值，B 相的电磁单元温度值较小，与A 相和B相相比低2～3℃。

（4）第四次故障发生于2018年的7月份。故障的互感器设备为崇左变电站C1B 主变35kV 侧电容式电压互感器，故障情况为C 相二次电压值大于A 相与B相的电压值，同时，C 相的电磁单元温度值与A 相和B相相比也要偏高1～1.5℃。

（5）第五次故障发生于2018年的6月份。故障的互感器设备为永安变电站A2B 主变35kV 侧电容式电压互感器，故障情况为A 相二次电压值大于B 相与C相的电压值，A 相的电磁单元温度值较大，与A 相和B相相比高出2～3℃。。

2.3 故障的原因分析

结合上述所分析的35kV 电容式电压互感器故障情况统计，从中选择一项故障情况进行原因分析。本次选择第四次设备故障情况开展研究，即2018年7月发生的崇左变电站C1B 主变35kV 侧电容式电压互感器故障问题，就该情况而言，存在明显的二次电压不平衡问题，同时，其C相部分电磁单元由于故障而出现发热现象。

2.3.1 故障情况

本次故障发生后，通过现场的红外测温设备检测，发现崇左变电站C1B 主变35kV 侧电容式电压互感器中，C相部分电磁单元温度略为上升，超过A、B两相温度。其中，A、B 相电磁单元温度值中，最高温度为32.8℃，最低温度为23.5℃，平均温度值为29.5℃；而C相部分电磁单元温度最高值为34.3℃，最低值为23.9℃，平均值为31.3℃。设备也检测到其C相的二次绕阻电压值高，这种异常情况导致该项电压互感器运行不稳。

2.3.2 外观检查分析

相关检修人员前往电容式电压互感器运行的现场开展检查工作，先进行外观检查，技术人员对该变电站C1B主变35kV侧电容式电压互感器的C相进行观察，发现其并未存在一、二次引线连接不佳状况，表面也保持着清洁状态，油箱外部及绝缘层也不存在渗油情况、闪络情况或其他不良情况，整体未发现外观的明显异常。

2.3.3 相关试验分析

35kV 电容式电压互感器的结构主要可分为两个部分：其一是电容分压器部分，包含了高压分器装置及中压分器装置；其二则是电磁单元部分，包含了补偿电抗器装置、中间变压器装置及阻尼器装置。35kV电容式电压互感器在运行过程中出现二次电压值上升的异常问题时，可能存在的原因包括以下几点：一是电容单元发生损坏，一般是指高压分器装置与中压分器装置出现异常，进而改变内部分压比值，电压互感器的二次电压就会出现异常变化；二是电磁单元发生损坏，通常是谐振阻尼器的回路电压比发生改变，进而出现电压互感器二次电压值上升情况；三是电容分压器二次接线端接地，致使悬浮电压产生，增加了原本的二次电压，使电压值上升；四是中间变压器发生故障，导致一次线圈以及二次线圈都产生变化，最终导致出现电压异常问题。

针对上述可能存在的原因进行一一排查，进一步确定故障原因。

首先，排查电容单元是否存在故障。先是测试电容分压器装置的电容量及介损，其具体的测试数据如下：A 相高压分器电容量测试值为39.98μF，介损为0.055%，电容的原出厂值为40.23μF；A 相中压分器电容量测试值为39.79μF，介损为0.020%，电容的原出厂值为39.90μF；B相高压分器电容量测试值为39.99μF，介损为0.063%，电容的原出厂值为40.19μF；B 相中压分器电容量测试值为40.03μF，介损为0.026%，电容的原出厂值为40.10μF；C 相高压分器电容量测试值为40.42μF，介损为0.050%，电容的原出厂值为40.90μF；C 相中压分器电容量测试值为40.53μF，介损为0.051%，电容的原出厂值为40.50μF。将两项电容分压器测得的实际电容量值与出厂值进行比对分析，发现其介损偏差均小于2%（偏差超过2%范围才认定为异常故障），因此，将电容单元故障这一原因排除。

其次，排查电磁单元是否存在故障。电磁单元的故障情况可能存在部件老化发生绝缘失效原因，为了探析是否为该项原因，可针对各二次绕组开展绝缘测试试验。先是测试一次绕组对二次绕组及外壳产生的绝缘电阻值，运用规格为2500V的摇表装置开展测量，同样，运用该摇表装置测量二次绕组之间及二次绕组对一次绕组产生的绝缘电阻值，最后测试外壳之间的绝缘电阻值。通过摇表的测量结果数据，发现其绝缘电阻值都超过了5000MΩ，这也表明二次绕组的绝缘性能较好，电磁单元的各装置外壳绝缘性也达标，可排除老化而致使绝缘失效的故障原因。随后，进行谐振阻尼的回路电流及电容式电压互感器电压值变比的试验，一般来说，35kV 电容式电压互感器的谐振型阻尼器额定电压值都为100V，其额定电流值则为5A，以这项参数为基础开展试验。具体方法为：对故障电压互感器的三相阻尼器分别开展电压值为100V的测试，通过测试发现A 相及B 相的电流指接近于5A，基本与额定值保持一致，而C 相阻尼器的测试电流值达到了18.5A，远远超出了额定电流值，可断定C 相阻尼器电流异常，再使用万用表调到电阻档来测试C 相阻尼器的阻尼回路阻抗值，测得的结果为5Ω，其额定电阻值也为5Ω，与测定结果一致，最后进行三相阻尼器的变比试验，发现在变比方面A相与B相基本符合额定值，而C 相的变比值却与额定值有着一定差异，若是将C相阻尼器退出后再进行一次变比值测试，发现C 相变比值也与额定值相符合，本次变比试验的一次侧加压值都为9900V。根据以上试验测试的结果，也可以将另外两种故障原因排除（即电容分压器的二次接线端接地原因以及中间变压器发生损坏故障原因），最终确定该35kV 电容式电压互感器C 相二次电压异常及电磁单元温度上升，主要是由于C 相阻尼电容器发生击穿性损坏，致使电压上升。

2.3.4 解体检查分析

为了进一步明确35kV 电容式电压互感器的故障原因，将发生故障的互感器进行了返厂解体检查。先是将互感器油箱打开检查，并对阻尼电容器进行容量值测试，再与正常情况下的额定容量进行对比分析，测试结果显示其容量值为0μF，而其额定电容量值为200μF，两者明显不相符。再进一步解体检查阻尼电容器装置，发现其结构内存在变压器进油情况，同时，其阻尼电容的各元件也没有被内部浇注体完全包围起来，未实现良好保护作用，其中，只有阻尼电容底部的元件被浇注体包围，得到了保护效果。进一步分析解体检查的结果，发现其内部变压器进油的原因为：阻尼电容器的外部压接不佳或焊缝存在缺陷，致使整体密封效果较差，导致油箱里的油进入到内部，再加上部分元件没有被浇注体充分保护，一些元件的金属膜遇到油之后会发生反应，将铝锌金属挤到金属化膜外侧，从而将阻尼电容器的部分元件击穿，造成故障问题。具体表现为：谐振回路失效，二次电压值会略为上升，二次绕组会因此温度上升，抚摸油箱时也会感觉到过热。

2.3.5 深层原因探析

结合上述分析的故障情况，对造成本次35kV电容式电压互感器设备故障的深层原因进行分析，其具体情况如下。一是相关厂家生产中的技术存在不足，产品本身性能不佳，致使阻尼电容器被击穿而发生互感器故障。二是相关技术人员的责任心不足，未及时开展红外测温检测并排除安全隐患，同时，对设备运行的监督力也不足。三是没有充分协调并组织开展变比试验、极性试验及绝缘测试等，导致故障问题加重而影响到设备正常运行。

3 35kV电容式电压互感器设备运行故障的防范措施

通过分析35kV 电容式电压互感器设备实际运行产生的故障问题，提出几项针对性防范措施，进一步提高电容式电压互感器设备的运行稳定性与安全性，确保其发挥出应用功能，具体防范手段如下。

一是制订每月进行一次电容式电压互感器红外测温计划，在进行测温时，若发现相与相之间温差超过2℃，就应当认定设备可能存在异常隐患，这时，要及时消除电容式电压互感器的发热因素。

二是制订周期为半年或是一年的电容式电压互感器二次侧电压带电检测计划，避免互感器出现三相不平衡问题，也可直接安装在线监测型装置，可实时监测电容式电压互感器的二次侧电压值，一旦发现其二次侧电压的三相不平衡率超过了1%，应当立即分析不平衡原因并采取处理手段，避免不平衡加剧产生故障情况。

三是在设备的预试定检工作中，增加一项试验项目，即谐振型阻尼电流值测试项目，有助于发现存在的隐患，确保谐振型阻尼回路的各项元件稳定运行。

四是为了保证电力系统的运行稳定程度更高，可以考虑更换全浇柱结构的谐振电容器，其内部的各元件保护效果更佳以免发生击穿情况，也可运用速饱和型阻尼器CVT设备，提升设备运行的稳定性。

五是要选择技术水平更高的生产厂家。尽管电容式电压互感器使用方面存在许多优点，但其自身很容易发生铁磁谐振情况，因此，还要在设计与加工上进一步完善，保证使用材料及工艺都能具有更高标准，提升产品的质量。此外，对于日常设备运行的维护工作也要落实到位。

4 结语

综上所述，35kV电容式电压互感器设备运行过程中经常会出现二次电压异常情况，从而引发相应的故障问题，为了进一步提升设备运行的可靠性和稳定性，本文针对某变电所35kV 电容式电压互感器设备故障情况开展分析，发现其故障原因为阻尼电容器被击穿，同时，根据该项原因，提出了定期进行带电测试、红外测温及调整预试定检等维护手段。