母线电容式电压互感器故障分析

张 进 熊 云 刘其良 冯 翔 龚文博

（国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙 410004）

电容式电压互感器 （CVT） 是应用电容分压原理，结合中间变压器的接入，进行监测、保护及通信等应用的电器设备。与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器具有绝缘性能好、耐压水平高、不易与断路器断口电容产生谐振、生产成本低、可兼作高频通信等诸多优点。目前，在湖南省检修公司维护的110 kV及以上电压等级主网系统中，在运的CVT占比高达88.65%。

虽然CVT在电力系统中的大量应用，但由于受设计制造经验、安装工艺水平、原材料质量及过电压等因素的限制，由CVT引发的电网故障是电磁式电压互感器的2倍，一旦CVT发生故障，将引起电能计量错误和保护装置误动作等事故，严重影响电能计量的准确、可靠和电网的安全，严重时还会引起爆炸起火，导致输电线路停止供电，甚至会引起大面积停电。为了实现CVT的状态检修及对CVT的故障进行快速诊断并维修，以减少停电时间，提高供电可靠性，保障电网安全运行，必须对CVT故障及其产生故障原因进行深入的了解和分析。

1 故障发现过程

该变电站110 kV I母5×14电压互感器采用电容式电压互感器，型号为TYD110/√3-0.02W3，为江苏思源赫兹互感器有限公司2016年4月产品，2016年5月投运，交接试验数据与出厂值比较无差异，投运后首次红外精确测温正常。

该CVT由电容分压器、电磁单元 （包括中间变压器和补偿电抗器） 和接线端子盒组成。其电气原理图如图1所示，图1中A表示高压端子，C1表示高压电容，C2表示分压电容，T表示中间变压器，L表示补偿电抗器，F表示避雷器，N表示分压电容低压端，E表示接地端，1a1n为计量二次绕组接线端，2a2n为测量绕组接线端，3a3n为保护绕组接线端，4a4n为剩余绕组接线端，ZD1、ZD2为阻尼器。

图1 CVT电气原理图

2017年1月9日，某220 kV变电站运维人员在巡视中发现该CVT运行中有异响，且二次电压异常。为进一步确认设备故障部位，对该设备开展红外精确测温等带电检测试验，发现C相CVT电磁单元发热严重，C相为27.7 ℃。正常相A、B相均为8 ℃左右，从电磁单元油位窗口观察发现C相电磁单元绝缘油严重黑化，A、B相油外观检查正常。判断C相电磁单元内部发生了严重的高能放电，属于危急缺陷，为保证电网安全稳定运行随即将该CVT采取退运措施，进行检查性试验。

2 检查及试验情况

根据故障现象和带电检测结果分析，怀疑造成故障的原因有四个：一是电容分压器电容元件击穿，造成电磁单元分压过高发生放电发热；二是电磁单元内部存在异物，造成悬浮放电；三是二次绕组存在匝间短路，造成二次电压波动和电流制热；四是绝缘油受潮，发生高电位对外壳放电，造成电压异常和发热。

拆回后，试验人员首先对整体进行了高压试验，结果如表1、2、3、4所示。

表1 介损及电容量试验

表2 绝缘电阻试验

表3 二次绕组直流电阻试验

表4 变比试验

通过以上试验结果分析可知，二次绕组直流电阻值与交接值无明显变化，基本排除了二次绕组匝间短路的可能性。而通过其他试验数据的综合分析，故障应该是发生在电磁单元内。

为进一步确定故障性质，对电磁单元变压器油进行了油耐压及油中微水测量，其中油耐压6.9 kV （标准≥35 kV） 、油中微水含量476 mg/L （标准≤35 mg/L），判断C相电磁单元绝缘油严重受潮。

3 解体检查情况

将CVT电磁单元与电容单元断开，发现电磁单元绝缘油全部呈黑色，一次引线及屏蔽层有发黑、烧糊现象，剖开外层绝缘白布带，观察一次线圈和微调线圈，可见一次绕组与铁心之间的绝缘纸板烧损面达30%～40%，呈现出弧状烧损面。一次线圈也有烧损面，明显存在过热，部分存在碳化现象，表明电磁单元内部发生了严重放电。CVT电磁单元解体情况如图2、图3、图4、图5所示。

图2 电磁单元一次绕组引线检查

图3 电磁单元一次绕组屏蔽层检查

图4 电磁单元一次绕组与铁心间绝缘纸板检查

图5 电磁单元铁心检查

解体后，采用正接线对电容单元进行介损和电容量测量，与解体前试验数据对比结果如表5所示。可知不带电磁单元时，所测电容单元介损及电容量正常，排除电容单元部分分压电容击穿、短路等电气故障的可能性。

表5 C相解体后介损及电容量结果对比

4 故障分析

由诊断性试验和解体检查情况可知，故障相CVT电容单元无问题，故障的主要原因是运行中电磁单元绝缘油受潮，高电位的一次绕组对地发生严重放电。

导致绝缘受潮的主要原因是密封受损，潮气进入电磁单元内部。

因该CVT运行中未承受过电压，为判断放电发生的原因，对正常相A、B相进行检查，发现C相电磁单元排气孔处无密封圈，如图6、图7所示。

图6 故障相排气孔无密封圈

图7 正常相排气孔无密封圈

5 结语及建议

（1） 结语。

红外精确测温与绝缘油等试验项目结合可有效判断CVT内部故障。

该220 kV变电站110 kV I母5×14CVT C相运行中故障的原因为C相电磁单元排气孔无密封圈，导致电磁单元绝缘油在运行中受潮，绝缘强度下降，造成一次绕组对地放电。而绝缘油受潮导致电磁单元电容量增加，CVT下节所分电压降低，二次电压异常。

该故障的发生根源为CVT制造厂家在制造工艺把关上不严，在关键环节存在疏漏。

（2） 建议。

督促厂家加强对设备制造工艺把关，该厂家同型号产品已出现过因设计不合理、安装工艺控制不良，阻尼器外罩与油箱壁搭接，导致的电磁单元发热问题，不能排除其余同型号设备出现同类故障的可能性，建议对同型号设备加强日常巡视及红外测温。

高温大负荷期间，加强对CVT等设备的红外精确测温，以及时发现设备缺陷。建议制造厂加强漆包线、连接线等原材料的绝缘强度，在工艺制造上从严把关，严格进行出厂试验，切实有效地防止类似故障的发生。