220 kV变电站电压互感器的常见故障及原因分析

潘楠

摘 要：文章基于220 kV变电站电压互感器展开分析，首先对电压互感器的应用情况作一概述，然后对220 kV变电站中所用电压互感器的常见故障以及故障原因进行探讨，最后提出几点科学、有效、合理的故障处理对策。

关键词：220 kV；变电站；电压互感器；常见故障；原因

中图分类号：TM451 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0088-02

我国当前投运在产的220 kV变电站（主要为双母线接线方式的变电站）中，线路保护用电压量都源自于母线电压互感器，具有二次并列切换回路。

通过运行现状分析可见，这种双母线接线方式的变电站可以起到节约投资的作用，但同时其也容易出现二次电压异常等故障现象，进而对电网的稳定、可靠、安全运行造成影响。

为保证电压互感器在220 kV变电站的应用效果，在实际的运行维修中，必须采取有效的措施对防范电压互感器的各种故障。

1 电压互感器的概述

1.1 电压互感器概念

电压互感器（PT）与变压器原理一样，都是用来变换线路上压电的装置，但电压互感器的容量相较要小很多。电压互感器主要是将电网电力系统高电压变换成标准低压，供测量仪表与继电保护装置供电所用。电压互感器与继电保护装置常常配合使用，可以起到保护电力系统的作用。

1.2 电压互感器原理

电压互感器属于一个带铁心的变压器，该装置的主要组成部分包括铁心、绝缘、一次与二次线圈。

其使用原理为：在一次绕组上施加电压U1，使铁心产生磁通，基于电磁感应定律，其便可以在二次绕组中产生二次电压U2，从而使一次（或二次）绕组的匝数改变，最终产生不同的一次电压与二次电压比。

2 220 kV变电站电压互感器常见故障及原因

随着智能化电网的发展，电压互感器已成为10 kV、35 kV、110 kV、220 kV等变电站中不可缺少的装置之一。

电压互感器又可根据原理不同分为电容电压互感器与电磁电压互感器两种，电容电压互感器与电磁电压互感器相比，前者所具有的耐压水平高、绝缘性能佳、生产成本低、不易产生谐振等优点，在电力系统中的应用更加广泛。

但通过长期应用也发现，电容式电压互感器发生故障比较频繁，尤其是近年来随着传统电网朝着智能电网的方向改变，以及用电负荷的逐年增加，更加凸显出变电站电容式电压互感器的故障问题。

以220 kV高压变电站为例，其中电压互感器的最常见故障有下面几类。

2.1 绝缘故障及原因

2.1.1 绝缘故障

通过分析现状分析，我国很多电网220 kV变电站所配电压互感器均属于半绝缘结构，因为此种电压互感器具有体积小、成本低、质量轻等优势，很受电网公司青睐。

但在长期运行过程中也发现，此类电压互感器容易出现绝缘故障，最终引起供电事故，给电网运行的安全、稳定、可靠造成极大危害。

2.1.2 绝缘故障原因分析

导致电压互感器绝缘故障的原因大多为电容单元潮湿、干燥不彻底等，受潮后水分子在绝缘纸内层上越积越多且不断运动，最终会造成绝缘击穿。

2.2 过热故障及原因

2.2.1 过热故障

过热故障也是220 kV变电站电压互感器在运行最为常见的故障之一，当电压互感器本体（电磁单元）超出环境温度太多且未及时发现时，很有可能导致该装置被烧毁、爆炸，给变电站的正常运行带来影响。

2.2.2 过热故障原因分析

导致电压互感器过热故障的原因诸多，最常见的原因为局部过热和热老化。

例如，多种因素导致流过电阻的电流过大，发热功能越大，长此以往便会导致油箱底部的油温上升，使绝缘油在高温下裂解，产生大量气体，导致过热，最终引起一系列的过热故障。

2.3 组件故障及原因

2.3.1 组件故障

组件主要是指组件质量不佳造成的故障问题，例如，电压互感器在组装时因工艺不达标，出现零部件、连接组件脱焊、虚焊等问题，或者在运输、储存途中因震荡导致组件破损、松动、脱落。

2.3.2 组件故障原因分析

当电压互感器组件出现故障时，会造成局部放电、融蜡、绝缘物质劣化等问题，影响220 kV变电站的正常运行。

2.4 漏油故障及原因

2.4.1 漏油故障

220 kV变电站电压互感器发生漏油问题后，会通过与空气间的相互作用将潮气吸入到油箱内部，导致装置受潮，影响正常使用。若漏油比较严重，会使油箱的油位下降，使得电容芯子出现浸油不佳问题，从而因端面、电容板间的气体缝隙发生放电现象、局部内原件击穿等事故。

2.4.2 漏油故障原因分析

漏油故障的发生，主要是由于电压互感器的底部由于密封不良而导致的。

2.5 老化故障及原因

电压互感器的老化故障，顾名思义，即是指装置在使用一段时间后，由于其长期与压力对抗，导致各部件老化，密封的绝缘介质性能下降，出现损耗及发热上升问题，成为电压互感器各种故障发生的导火索。

3 关于220 kV变电站电压互感器故障的预防对策

3.1 加强电压互感器的检查与监测

通过对220 kV变电站电压互感器的整体使用情况分析，该装置发生故障的频率比较高，且故障的表现形式、故障原因也是多种多样。但万变不离其宗，总体而言，电压互感器故障的发生主要与材料、工艺、运行维护三方面有关。基于这一特点，在220 kV变电站的运行中，加强对电压互感器的监测工作也十分重要。

3.1.1 制定详细、规范的监测方案

依照相关规定，做好电压互感器的运行维护与定期检测工作，同时建立电压互感器定期大修制度，严格按照制度要求定期对变电站电压互感器进行全面的检测与维护，通过测试电压互感器的特性与各部件绝缘情况，了解装置运行现状，并针对问题早期进行处理。

3.1.2 做好细节检查工作

在220 kV变电站电压互感器运行中，任何细小的变化都有可能导致故障的发生，检查维护人员必须提高警惕，做好细节检查工作，对于装置任何细小的变化都应该进行分析，以排除故障。

3.1.3 先进检查监测设备的应用

随着电网系统的愈加复杂，传统仅凭经验判断、肉眼观察的检查监测方法已难以满足当下需求，因此，各种先进检测监测技术设备的应用已是必不可少。

例如对红外成像仪的应用，通过电压互感器红外成像，便可快速观测到电磁单元内部是否存在异常发热情况。

再如，例如铁磁谐振技术对电压互感器进行试验，可以准确获知阻尼电阻的性能及中间变压器的铁心是否容易饱和等信息。

3.2 合理利用二次电压输出变化判断故障

大量的故障资料分析发现，当220 kV变电站电压互感器发生故障时，通常二次电压输出也随之会发生变化。

基于这一特点，我们还可利用二次电压输出变化这一特点，来判断和监测电压互感器故障。

本次研究，将7起220 kV变电站电压互感器故障引起的二次电压输出变化资料进行综合分析，结合变电站的二次电压普测结果，计算出二次电压输出的定值，若二次输出电压变化值超出此范围，则需注意是否发生电压互感器故障见表1。

3.3 针对性处理对策的应用

220 kV变电站电压互感器故障类型不同，所选处理对策也需具有针对性、合理性。

3.3.1 受潮故障处理

针对电磁单元受潮所引起的故障，应该先检测电磁单元的绝缘电阻，最好能加测介质损耗因数，以了解具体原因，然后拆开电磁单元与分压部分，将其均放入烘箱中（烘箱温度设置为100 ℃）连续烘烤72 h，进行电气试验，待合格后再更油油箱内油，组装后再次进行油气试验，合格后方能继续使用。

3.3.2 渗漏油故障处理

出现渗漏油故障时，先进行电磁损耗因数与电容量测量，若发现超标需立即退出运行并更换电容单元。

3.3.3 过热故障处理

主要采用红外测温法检测各电容单元的温度，正常情况时三相均一致，若三相中同一位置红外测温存在温度差，需立刻停电进行检查、试验并处理。

3.3.4 其他故障

其他还有老化故障等等，可通过更换电压互感器、更换组件的方式来处理。

4 220 kV变电站电压互感器故障及处理的实例

为进一步分析220 kV变电站电压互感器的故障及处理对策，文章以某故障为实例，就此展开如下论述。

4.1 基本资料

2014年11月，某220 kV变电站经例行检查发现，其中的A相电容式电压互感器二次绕组没有电压输出。此装置已投入使用三年，在2012年、2013年进行检查与各项试验时均未发现有故障问题发生。

4.2 试验测试

本次发现异常后，立即对装置进行试验测试，包括电容单元介质损耗及容量测试、二次绕组对地绝缘电阻测试、各分压电容对地绝缘电阻测试、电磁单元油色谱与水分分析、二次绕组直流电阻测试等等，观察各项测试结果均未发现异常状况。

4.3 解体检查

然后再对该装置进行解体检查，解体发现，此电压互感器油箱内绝缘油十分浑浊，且散发出一种焦味，油箱底部有大量的水积聚，相关部件出现明显锈蚀，存在放电、过热、锈蚀问题。

4.4 原因分析

分析故障原因，主要为电压互感器电磁单元密封不严，致使长期受潮进水，加之绝缘本身劣化，导致绝缘被击穿，出现故障。

4.5 处理对策

①加强装置本身质量把关，选择信誉高的厂家，使用前需做好各项试验检查。

②立即进行装置更换，以保证变电站运行的正常性。

③对电压互感器故障问题作进一步研究，深入分析故障原因，制定相关的标准规范，以促进电压互感器的合理使用。

5 结 语

220 kV变电站电压互感器故障千变万化，作为维修检查人员，必须有丰富的经验，具备专业知识与技术能力，并能够灵活应用，准确了解故障原因，才能为有效处理故障打好基础。

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