電壓互感器主要有電磁式和電容式，目前大多數35kV及以上電壓互感器都是電容式的。電容式電壓互感器（capacitive voltage transformer, CVT）是一種十分重要的高壓輸變電設備，是一種電力系統保護信號的取樣裝置，也是電壓測量裝置，也可以用作載波通信，主要是由中間變壓器單元和電容單元組成。

電容式電壓互感器相比于電磁式電壓互感器能夠有效抑制鐵心導致的鐵磁諧振，安全性能有很大提高。但電容式電壓互感器存在運維不到位、制作工藝差、混入雜質和空穴等問題都會產生嚴重的后果，如電壓測量異常、互感器局部放電。

本文通過對35kV電容式電壓互感器進行絕緣試驗、直流電阻試驗和變比試驗等來分析互感器二次電壓異常原因，將互感器解體來驗證，最后針對該類故障提出了防范措施。

1 電容式電壓互感器結構原理

電容式電壓互感器的結構原理如圖1所示，主要有電容單元和電磁單元。電磁單元包括中間變壓器、補償電抗器、阻尼負荷（主要作用為抑制鐵磁諧振）。高壓電容C1和中壓電容C2構成了電容分壓單元，這些電容元件是由膜紙復合介質組成的。

為了在不同的二次負荷下能使一次電壓和二次電壓之間獲得正確的相位和變比，以額定頻率為條件，電容分壓器的等值電容的容抗值與補償電抗器的電抗值相等。為防止由于二次側短路造成的電壓升高而擊穿電抗器線圈，在補償電抗器兩端接有氧化鋅避雷器，整個電磁單元放置于密封油箱內。互感器一次接線端a接在系統一次回路上，二次繞組上并聯繼電保護、測量等裝置。

圖1 CVT電氣原理接線圖

圖1中，C1為高壓電容，C2為中壓電容，T為中間變壓器，L為補償電抗器，P為保護球隙，MOA為氧化鋅避雷器，N為分壓電容單元尾端，ZD為阻尼器，1a、1n、2a、2n為主二次繞組端子，da、dn為剩余二次繞組端子，dz、dn為阻尼器端子。

2 現場情況

2020年4月，某35kV變電站35kVⅠ母電壓互感器A相、C相二次電壓異常，A相、C相二次電壓分別為6V、10V，遠低于B相二次電壓的61V。檢修試驗人員接到通知后，馬上到變電站進行異常處理，在停電前拍攝到的實際運行電壓互感器紅外測溫圖像如圖2—圖4所示，由圖可知A相、C相電壓互感器油箱殼體溫度明顯高于B相溫度，圖5為實際運行設備位置。

圖2 A相運行狀態測溫圖

圖3 C相運行狀態測溫圖

圖4 B相運行狀態測溫圖

圖5 實際運行設備位置

3 試驗檢測

工作人員對電壓互感器進行相關試驗和初步分析。

3.1 測試絕緣電阻

測量二次繞組對地、一次側N對地和氧化鋅避雷器MOA的絕緣電阻值，其值見表1。

表1 絕緣電阻試驗

初步分析1：從表1分析，35kV電容式電壓互感器二次繞組對地的絕緣電阻都大于5000MΩ，同時一次繞組N點對地絕緣電阻值都大于1000MΩ，即絕緣性能良好。但B相避雷器MOA對地絕緣電阻為100000MΩ，而A相、C相避雷器MOA對地絕緣電阻為0，即A相、C相避雷器被擊穿。

3.2 測量分壓電容的電容量及介質損耗

用CVT自激法測量分壓電容C1、C2的電容量和介質損耗tan◆1、tan◆2，其值見表2。

表2 電容量及介質損耗試驗結果

初步分析2：從表2數據分析，三相的分壓電容值C1、C2良好，與銘牌電容值相比，誤差都小于規程[12]所要求的2%。在對A、C兩相進行介損測試時，實際測試電壓遠遠低于設置電壓，懷疑中間變壓器內部出現損壞，如中間變壓器高壓側存在匝間短路。

3.3 測量互感器直流電阻和變比

對35kV電容式電壓互感器進行中間變壓器一次繞組、二次繞組直流電阻測試，試驗數據見表3；變比試驗，試驗數據見表4。

表3 一次繞組、二次繞組直流電阻測試

初步分析3：從表3分析，通過直流電阻測試可以得知故障相A相、C相PT中間變壓器一次繞組AX的直流電阻比正常相B相小131.1Ω、185.4Ω，即A相、C相PT中間變壓器一次繞組可能存在匝間短路或層間短路；A相、C相PT的bN回路電阻比正常相B相小137.8Ω、203.7Ω，故回路中的NX部分存在故障；二次繞組da-dn、1a-1n、2a-2n三相直流電阻差不大，但A相、C相da-dz、dz-dn直流電阻為無窮大，懷疑阻尼器或消諧線圈被燒斷。

表4 變比測試結果

初步分析4：從表4分析，A相、C相PT中間變壓器變比誤差遠大于規程要求值（±0.5%），懷疑中間變壓器一次繞組匝間短路、層間短路。

3.4 感應耐壓測試

對三相互感器進行感應耐壓試驗：A相電壓升到2V時，其二次測量電流為2.1A，繼續升壓，升到5V時，二次測量電流為5.1A，試驗儀器臺過電流保護動作；B相二次繞組1a-1n加壓至46.7V，二次測量電流為0.3A，一次繞組感應電壓為10215V；C相電壓升到4.5V時，二次測量電流為5.1A，試驗儀器臺過電流保護動作。

初步分析5：A相、C相PT電壓都升不上去，懷疑中間變壓器一次繞組存在匝間或層間短路。

4 解體分析

對電壓互感器進行解體檢查，A相、C相PT中間變壓器二次繞組da-dn并聯的阻尼器被燒損，如圖6所示。并聯在補償電抗器L上的氧化鋅避雷器MOA被擊穿，如圖7所示。

圖6 阻尼器被燒壞

1）紅外圖譜發熱原因：綜合診斷試驗數據、解體檢查分析可知，A相、C相PT中間變壓器二次繞組da-dn并聯的阻尼器被燒壞，二次電流變大，即感應到一次繞組的電流增大，一次電流增大，使得一次繞組匝間或層間短路。而長時間的大電流繞組發熱，即A相、C相PT外殼明顯感覺發燙，設備紅外圖譜發熱。

圖7 避雷器被擊穿

2）二次電壓異常：A相、C相電容式電壓互感器的中間變壓器的一次回路中避雷器被擊穿，導致測量一次繞組N對地的絕緣電阻A相、C相比B相低；A相、C相的介質損耗試驗和感應耐壓試驗中，試驗電壓都加不到設定電壓，且解體后發現中間變壓器的一次繞組的匝間絕緣漆已經發黑（正常為透明狀），即一次繞組匝間短路，互感器電磁單元一次高壓繞組內部故障，導致二次電壓異常。

5 結論

電容式電壓互感器電磁單元故障是引起互感器紅外圖譜發熱、二次電壓異常的原因。針對該起電容式電壓互感器二次電壓異常提出以下防范措施：

1）做好電壓互感器預試工作，定期測量電壓互感器的絕緣電阻、繞組直流電阻、電容量C1和C2以及對應的介質損耗，發現電壓互感器缺陷后盡快處理。

2）選擇產品質量好、信譽好的廠家，從源頭上消除電壓互感器的質量問題。同時要提高投運后電壓互感器的絕緣性能，必須嚴把驗收質量關，提高工藝水平。

3）加強對設備的狀態監測，可以利用一些成熟的監測技術，如紅外測溫、超聲波法局放檢測等，通過對設備的監測來查找問題，以便及時發現缺陷隱患，避免發生設備事故或盲目停電。

4）調度值班員加強對變電站電壓互感器的監控工作，電壓互感器二次電壓有異常，應及時通知人員到站進行檢查，及時對故障點進行隔離，縮小故障范圍。

本文編自2021年第2期《電氣技術》，論文標題為“一起35kV電容式電壓互感器二次電壓異常分析”，作者為陳莉、張瑞明、宋莉莉。