電壓互感器主要有電磁式和電容式，目前大多數(shù)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(shè)備，是一種電力系統(tǒng)保護(hù)信號(hào)的取樣裝置，也是電壓測(cè)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(dǎo)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(yùn)維不到位、制作工藝差、混入雜質(zhì)和空穴等問題都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，如電壓測(cè)量異常、互感器局部放電。

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

1 電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)原理

電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)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(bǔ)償電抗器、阻尼負(fù)荷（主要作用為抑制鐵磁諧振）。高壓電容C1和中壓電容C2構(gòu)成了電容分壓?jiǎn)卧@些電容元件是由膜紙復(fù)合介質(zhì)組成的。

為了在不同的二次負(fù)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(bǔ)償電抗器的電抗值相等。為防止由于二次側(cè)短路造成的電壓升高而擊穿電抗器線圈，在補(bǔ)償電抗器兩端接有氧化鋅避雷器，整個(gè)電磁單元放置于密封油箱內(nèi)。互感器一次接線端a接在系統(tǒng)一次回路上，二次繞組上并聯(lián)繼電保護(hù)、測(cè)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(bǔ)償電抗器，P為保護(hù)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(xiàn)場(chǎng)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(yuǎn)低于B相二次電壓的61V。檢修試驗(yàn)人員接到通知后，馬上到變電站進(jìn)行異常處理，在停電前拍攝到的實(shí)際運(yùn)行電壓互感器紅外測(cè)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(shí)際運(yùn)行設(shè)備位置。

圖2 A相運(yùn)行狀態(tài)測(cè)溫圖

圖3 C相運(yùn)行狀態(tài)測(cè)溫圖

圖4 B相運(yùn)行狀態(tài)測(cè)溫圖

圖5 實(shí)際運(yùn)行設(shè)備位置

3 試驗(yàn)檢測(cè)

工作人員對(duì)電壓互感器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和初步分析。

3.1 測(cè)試絕緣電阻

測(cè)量二次繞組對(duì)地、一次側(cè)N對(duì)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(yàn)

初步分析1：從表1分析，35kV電容式電壓互感器二次繞組對(duì)地的絕緣電阻都大于5000MΩ，同時(shí)一次繞組N點(diǎn)對(duì)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(duì)地絕緣電阻為100000MΩ，而A相、C相避雷器MOA對(duì)地絕緣電阻為0，即A相、C相避雷器被擊穿。

3.2 測(cè)量分壓電容的電容量及介質(zhì)損耗

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

表2 電容量及介質(zhì)損耗試驗(yàn)結(jié)果

初步分析2：從表2數(shù)據(jù)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(guī)程[12]所要求的2%。在對(duì)A、C兩相進(jìn)行介損測(cè)試時(shí)，實(shí)際測(cè)試電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)置電壓，懷疑中間變壓器內(nèi)部出現(xiàn)損壞，如中間變壓器高壓側(cè)存在匝間短路。

3.3 測(cè)量互感器直流電阻和變比

對(duì)35kV電容式電壓互感器進(jìn)行中間變壓器一次繞組、二次繞組直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3；變比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

表3 一次繞組、二次繞組直流電阻測(cè)試

初步分析3：從表3分析，通過直流電阻測(cè)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?qū)娱g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(cè)試結(jié)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(yuǎn)大于規(guī)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(yīng)耐壓測(cè)試

對(duì)三相互感器進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)：A相電壓升到2V時(shí)，其二次測(cè)量電流為2.1A，繼續(xù)升壓，升到5V時(shí)，二次測(cè)量電流為5.1A，試驗(yàn)儀器臺(tái)過電流保護(hù)動(dòng)作；B相二次繞組1a-1n加壓至46.7V，二次測(cè)量電流為0.3A，一次繞組感應(yīng)電壓為10215V；C相電壓升到4.5V時(shí)，二次測(cè)量電流為5.1A，試驗(yàn)儀器臺(tái)過電流保護(hù)動(dòng)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?qū)娱g短路。

4 解體分析

對(duì)電壓互感器進(jìn)行解體檢查，A相、C相PT中間變壓器二次繞組da-dn并聯(lián)的阻尼器被燒損，如圖6所示。并聯(lián)在補(bǔ)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(fā)熱原因：綜合診斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)、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(lián)的阻尼器被燒壞，二次電流變大，即感應(yīng)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?qū)娱g短路。而長(zhǎng)時(shí)間的大電流繞組發(fā)熱，即A相、C相PT外殼明顯感覺發(fā)燙，設(shè)備紅外圖譜發(fā)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(dǎo)致測(cè)量一次繞組N對(duì)地的絕緣電阻A相、C相比B相低；A相、C相的介質(zhì)損耗試驗(yàn)和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)中，試驗(yàn)電壓都加不到設(shè)定電壓，且解體后發(fā)現(xiàn)中間變壓器的一次繞組的匝間絕緣漆已經(jīng)發(fā)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(nèi)部故障，導(dǎo)致二次電壓異常。

5 結(jié)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(fā)熱、二次電壓異常的原因。針對(duì)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(yù)試工作，定期測(cè)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(duì)應(yīng)的介質(zhì)損耗，發(fā)現(xiàn)電壓互感器缺陷后盡快處理。

2）選擇產(chǎn)品質(zhì)量好、信譽(yù)好的廠家，從源頭上消除電壓互感器的質(zhì)量問題。同時(shí)要提高投運(yùn)后電壓互感器的絕緣性能，必須嚴(yán)把驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)，提高工藝水平。

3）加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以利用一些成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如紅外測(cè)溫、超聲波法局放檢測(cè)等，通過對(duì)設(shè)備的監(jiān)測(cè)來查找問題，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷隱患，避免發(fā)生設(shè)備事故或盲目停電。

4）調(diào)度值班員加強(qiáng)對(duì)變電站電壓互感器的監(jiān)控工作，電壓互感器二次電壓有異常，應(yīng)及時(shí)通知人員到站進(jìn)行檢查，及時(shí)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，縮小故障范圍。

本文編自2021年第2期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)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。