电容式电压互感器介损超标案例分析

苏同斐 李红刚

摘要：针对某电容式电压互感器运行过程中出现介质损耗因数超标的情况，通过综合试验及设备解体，最终发现了导致设备损坏的原因，为今后出现此类设备故障分析提供了参考依据。

关键词：电容式电压互感器;介质损耗因数;电容量;分压电容;中间变压器

0 引言

2019年某月，试验人员在对某变电站110 kVⅡ段电容式电压互感器进行例行试验时，发现B相电容式电压互感器介损和电容量超标。取其中间变压器的油样发现，油有焦味，呈混浊状，分别对油样进行了耐压试验，测量油中微水含量，并进行了色谱分析，油的击穿电压已经低于标准规定值，油中微水含量满足标准要求，色谱数据显示氢气、乙烯、乙炔等多种气体含量明显超标，初步判断电容式电压互感器内部发生了电弧放电故障。随后，检修人员对该电容式电压互感器解体检查发现，分压电容器和中间变压器一次绕组存在电弧放电痕迹和过热痕迹。

1 综合试验分析

2019年某月，试验人员在对某变电站110 kVⅡ段电容式电压互感器进行例行试验时，测得B相数据异常，具体的电容量及介质损耗因数测试数据如表1所示。

《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW 1168—2013）规定：110 kV膜纸绝缘型电容式电压互感器介损因数应不大于0.25%，电容量初值差不超过±5%[1]。表1中实测B相电容式电压互感器中压电容介质损耗因数和电容量显著增大，明显大于上次历史数据，电容量初值差达到15%。分析判断中压电容存在故障，电容式电压互感器电容单元的高压电容和中压电容均由薄膜电容串联组成，每片薄膜电容值基本相同，但薄膜电容数量不同。根据试验测量值，初步判断中压电容中部分薄膜电容被击穿。

取电容式电压互感器中间变压器的油样发现，油有焦味，呈混浊状。分别对油样做耐压试验，测量油中微水含量，并进行色谱分析。油耐压及微水含量测试数据如表2所示。

从表2中可以看出，油的击穿电压已经低于标准规定值，油中微水含量满足标准要求，其色谱分析结果如表3所示。

从表3中可以明显看出，H2含量已经超过标准规定值（150 μL/L）的数倍，说明中间变压器存在高能量放电，导致油在高温下分解出大量气体。油中含有大量的C2H2，说明中间变压器确实存在剧烈的电弧放电现象，绝缘已经被击穿，CO和CO2含量也明显增大（在油中占比远超3%），说明绕组绝缘已经在电弧放电产生的高温下碳化分解。运用三比值法进行分析[2]：C2H2/C2H4≈2.01、CH4/H2≈0.30、C2H4/C2H6≈0.46，编码组合为（1、0、2），初步判断电容式电压互感器内部发生了电弧放电故障。停电检修前为雷雨多发期，结合油色谱试验分析数据、电气试验数据，初步判断该电容式电压互感器曾遭受雷击过电压，致使其电压升高，最终因为负荷电流大，导致烧蚀其分压电容器及热损坏中间变压器。

2 解体分析

检修人员对故障电容式电压互感器进行解体检查，吊出电容分压器部件，发现存在大量黑色颗粒物。

使用万用表测试C1电容量为29 100 pF，C2电容量为51.2 pF，C1电容量正常，C2电容量变化巨大，明显小于初始值（62 380 pF）。测试上节电容C1每個电容元件的电容量，共计74个电容元件，电容元件是正常的，电容量为2.20 nF左右。测试上节电容C2每个电容元件的电容量，共计34个电容元件，前33个电容元件正常，电容量为2.20 nF左右，最后一个电容单元（第34个单元）测试不通，检查发现电容元件接线端子处表面烧蚀严重，该电容元件电容膜纸已被烧蚀碳化击穿，如图1所示。

对电容式电压互感器中间变压器进行检查发现，中间变压器表面有烧蚀痕迹，如图2所示，对中间变压器一次绕组串联的过电压保护元件进行绝缘电阻测试，绝缘电阻为0 MΩ，证实该避雷器已经被短路击穿，造成绝缘电阻数值异常。过电压保护元件被击穿如图3所示。说明该电容式电压互感器二次绕组有内部短路或外部短路负荷，由于内部短路时造成的损坏程度较为严重，从解体情况看其损坏程度较轻。电容式电压互感器在承受过电压后导致绝缘损坏，造成分压电容器烧蚀，另外，中间变压器绝缘在高电压下被击穿，绕组出现匝间或层间短路。

3 最终原因分析

电容式电压互感器（CVT）中电容分压器的主要作用是将一次侧的高电压降到某一数值的中间电压，该电压通过中压套管由中压连线发送至电磁单元，然后电磁单元将中间电压减小至100 V、100/√3 V的二次电压。当电容式电压互感器处于正常运行状态时，其等效电容C的容抗等于中间变压器漏抗和补偿电抗器L的感抗之和，确保电容式电压互感器二次输出电压满足一定的精度要求[3]。

根据电容式电压互感器工作原理（图4），其等效电路可以看作由C1、C2组成的电容分压器，二次电压U2=k（XC2/XC1）UC1，其中C1是由许多电容元件进行串联组合而成的等值电容[4]。显然，二次电压U2与C1、C2的容抗及一次电压有关。当二次电压U2出现异常升高时，可能的情况包括：中间变压器一次绕组匝间短路;C2部分存在漏油导致介质常数减小，引起容抗升高;C1中某些串联电容元件在电弧作用下烧蚀，导致击穿时引起电容值升高等。当C1电容存在漏油情况引起容抗增大时，带来的后果是引起U2的异常降低。当C2上存在过电压时，保护元件F（氧化锌避雷器）会发生放电击穿现象，为补偿电抗器、中间变压器、分压电容C2提供保护作用[5-6]。

该故障电容式电压互感器停电检修前，为雷雨多发期，结合试验数据及解体检查情况，其在雷电过电压下，电压升高，最终因为负荷电流大，导致其分压电容器发生放电烧蚀现象，另外，中间变压器在电弧放电生成的高热量下被损坏。

4 结语

在电容式电压互感器常规试验过程中，需严格按照规程标准对其进行试验，如遇试验数据异常，需多角度、多项目监测并对比分析，对故障电容式电压互感器有针对性地采用绝缘特性试验并结合绝缘油试验方法进行综合判断，能够迅速准确地判断故障类型和故障部位。电容式电压互感器发生电压异常故障后，应尽快进行检查，确定故障原因及部位后及时进行更换或处理，以确保设备的安全、稳定运行。

在对故障电容式电压互感器进行分析时，要根据各项试验数据进行综合诊断，各项试验数据起到了相互印证、相互补充的作用，不能根据单一的某一项试验结果妄下结论。基于多种试验数据的综合诊断，能够准确地对电容式电压互感器故障进行定性和定量识别。

[参考文献]

[1] 输变电设备状态检修试验规程：Q/GDW 1168—2013[S].

[2] 赵洋.基于三比值法的变压器常见故障分析及保护[J].电力系统装备，2019（7）：146-147.

[3] 咸日常.电容式电压互感器常见故障分析和处理方法和预防措施[J].变压器，2002（5）：38-41.

[4] 罗婉婷.电容式电压互感器介损超标的原因分析及处理[J].电子技术与软件工程，2015（23）：253.

[5] 苏凤飞，高鹏，周浩.几种电压互感器典型故障类型分析[J].陕西电力，2014，42（1）：65-68.

[6] 穆靖宇，华超.一起CVT分压电容器击穿事故的处理和分析[J].电力电容器与无功补偿，2014，35（4）：75-78.

收稿日期：2020-06-05

作者简介：苏同斐（1987—），女，山东沾化人，工程师，从事电气试验相关工作。