電壓互感器是變電站的一種重要電氣設備，它的主要功能是測量線路電壓、功率和電能，以及起到繼電保護的作用。電容式電壓互感器（capacitor voltage transformer, CVT）相較于傳統(tǒng)電磁式電壓互感器，具有制造簡單、價格低、體積小、抗諧振等優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中廣泛應用。CVT主要由高壓、中壓電容分壓器和電磁單元組成。

電壓互感器發(fā)生故障，可能會引起線路電壓異常告警，危及電網(wǎng)安全運行，還可能造成計量精度不夠，引起計量誤差。為此，本文針對某330kV變電站電壓互感器損壞引起線路電壓異常的情況進行分析，從現(xiàn)場檢查、試驗檢測、解體分析方面深入分析，確定該CVT因電容極板絕緣老化發(fā)生擊穿造成二次電壓異常，并提出有效的防范措施。

1 事件概況

2020年11月24日20:03，某330kV變電站監(jiān)控顯示“PT回路斷線”異常告警信號。運維人員檢查發(fā)現(xiàn)，某330kV線路B相電壓較正常值高10%左右（顯示二次電壓69V，正常應為62V），C相電壓略低（顯示二次電壓60V）。保護人員立即趕赴現(xiàn)場對B相電壓互感器二次端子進行檢測，發(fā)現(xiàn)保護、計量、開口繞組電壓存在同時增大趨勢，初步分析該電壓互感器可能存在部分電容擊穿情況。

故障設備基本情況：該電壓互感器為CVT結構，型號為TYD2330/ —0.005H，絕緣類型為膜紙絕緣，1997年12月投運，已穩(wěn)定運行22年。2020年11月26日，將該330kV線路電壓互感器停電轉檢修；29日9:35，檢修人員對該線路電壓互感器進行三相更換，經(jīng)試驗、保護、計量專業(yè)檢驗合格后，于30日12:38順利投運。

2 現(xiàn)場檢查

2.1 外觀檢查、紅外測溫

24日監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常后，運維人員立即對故障電壓互感器進行外觀檢查，油位正常無滲漏，未發(fā)現(xiàn)明顯放電和其他異常跡象。

24日至26日，運維人員多次對該電壓互感器開展紅外測溫，A、B、C三相分壓電容器溫度分別為49℃、55℃、52℃，電磁單元溫度分別為33℃、35℃、35℃，未發(fā)現(xiàn)明顯發(fā)熱點，電壓和電流監(jiān)測圖如圖1所示。

圖1 電流和電壓監(jiān)測圖

通過圖1可以看出，二次電壓正常值應為62V。但B相二次電壓較正常值高10%左右，C相二次電壓略低。

2.2 油色譜試驗

27日，試驗班對該電壓互感器三相分別取樣，檢測特征氣體含量，油色譜試驗報告見表1。

表1 油色譜試驗報告

從表1中可以看出，該電壓互感器特征氣體總烴體積分數(shù)比標準值（100μL/L）高，可能存在絕緣損壞情況，需要進一步檢查。

2.3 電氣試驗

28日，試驗班對該電壓互感器進行以下試驗項目。

1）絕緣電阻試驗

使用2500V電動搖表對故障電壓互感器電容單元和電磁單元分別進行絕緣電阻試驗，絕緣電阻合格。電容單元絕緣電阻試驗報告見表2。電磁單元絕緣電阻試驗報告見表3。

表2 電容單元絕緣電阻試驗報告

表2 電容單元絕緣電阻試驗報告

表3 電磁單元絕緣電阻試驗報告

2）介質損耗與電容量試驗

對于電容型電壓互感器，介質損耗角（簡稱介損角）最直接地反映設備的絕緣狀態(tài)。通過對高壓電容型設備介損角的準確測量，可監(jiān)測設備的絕緣狀態(tài)，了解絕緣設備在物理和化學方面的狀態(tài)變化，及時發(fā)現(xiàn)由于設備絕緣問題帶來的潛在危險，從而避免危險事故的發(fā)生。

對該電壓互感器電容單元分節(jié)進行電容量和介質損耗試驗：三相介質損耗合格，B相上、中兩節(jié)電容量初值差接近2%，C相下節(jié)電容量初值差較大。介質損耗與電容量試驗報告見表4。

從試驗數(shù)據(jù)分析，懷疑該線路B、C相電壓互感器分壓電容單元存在異常，可能是電容屏擊穿引起對應分壓電容單元介質損耗及電容量變化，造成二次電壓異常。因此，建議對該電壓互感器進行三相更換。

表4 介質損耗與電容量試驗報告

2.4 解體檢查

由設備廠家對拆除的B相電壓互感器上、中、下節(jié)電容單元，C相電壓互感器下節(jié)電容單元進行解體檢查。電壓互感器結構如圖2所示。

圖2 電壓互感器結構

解體發(fā)現(xiàn)，該故障電壓互感器上、下節(jié)電容單元各由86片電容極板組成，中節(jié)電容單元由于試驗合格未進行解體，無法統(tǒng)計具體電容極板片數(shù)（假設為86片）。

電容分壓器由高壓電容C1和中壓電容C2串聯(lián)組成，其中高壓電容C1由上節(jié)電容86片、中節(jié)電容86片（假設86片）、下節(jié)電容68片（上部分68片）電容極板串聯(lián)組成，共計240片；中壓電容C2由18片（下節(jié)電容的剩余18片）電容極板串聯(lián)組成，電容極板以聚丙烯薄膜為介質與鋁箔卷壓而成。

膜紙絕緣結構是油浸式電壓互感器內部絕緣的主要組成部分，直接、有效地診斷出電壓互感器膜紙絕緣狀態(tài)對電力系統(tǒng)安全可靠運行具有重要意義。絕緣材料表面粗糙度作為反映材料表面狀態(tài)的重要參數(shù)，與材料的真空沿面閃絡特性有著密切的聯(lián)系。

1）B相上節(jié)擊穿

B相上節(jié)發(fā)現(xiàn)1處明顯擊穿點（上節(jié)自上向下數(shù)第34片）如圖3所示，86個電容極板中發(fā)現(xiàn)22個極板電容量異常。

圖3 B相擊穿點

2）C相下節(jié)擊穿

C相下節(jié)發(fā)現(xiàn)兩處明顯擊穿點（從上往下數(shù)C1第28片，C2第9片）如圖4所示，下節(jié)共有86個電容單元，其中上部分68個極板屬于高壓電容C1，下部分18個極板屬于中壓電容C2。解體發(fā)現(xiàn)C1、C2各有一個擊穿電容單元，如圖4所示。

圖4 C相擊穿點

3 結論?

根據(jù)現(xiàn)場外觀檢查、油化、電氣試驗及解體檢查，可以確認故障原因為該電壓互感器電容單元絕緣老化，在運行電壓長期作用下，電容單元絕緣性能逐漸下降，導致局部發(fā)生電容層間擊穿，并最終造成線路二次電壓異常。針對故障原因，提出如下防范措施：

1）設備廠家應加強電壓互感器制造過程的管控，特別是改善電容極板的選擇與卷壓、安裝工藝。

2）運維人員應加強對電壓互感器的巡視，特別是運行超過20年的電壓互感器，發(fā)現(xiàn)設備異常數(shù)據(jù)時，及時上報。

3）檢修人員應關注該廠同型號、同批次的電壓互感器，根據(jù)檢修、預試計劃進行排查統(tǒng)計，如發(fā)現(xiàn)問題應及時處理，排除安全隱患。

4）對于運行超15年的備用空載線路的電壓互感器，建議考慮在斷路器處并聯(lián)合閘電阻，以降低空載合閘過電壓。合閘電阻一般約為幾百歐姆，合閘過程中，先投入合閘電阻，10ms后電阻退出，然后合上斷路器，分閘操作與此相反。這樣可以減少老舊電壓互感器發(fā)生損壞的概率。

本文編自2021年第10期《電氣技術》，論文標題為“一起330kV電壓互感器損壞引起線路電壓異常分析”，作者為權蒙、鄒苗 等。