高压电容式电压互感器的故障分析及防范措施

程凯 马宏祖 孙继超

摘要：电容式电压互感器由于可防止电压互感器铁芯饱和引起的铁磁谐振，在经济和安全上有许多优越之处，被广泛应用在110kV及以上的变电站。它通常用于标称电压110-500kV的中性点直接接地系统。但是，电容式电压互感器受很多方面的影响，有众多因素的干扰，比如它自身材料的不同，设计水平的不同都会或大或小地影响电容式电压互感器的故障率，所以由于复杂多变的本质特点，电容式电压互感器投入使用以后比起电压互感器和耦合电容器更加容易发生故障，对电网的安全造成威胁，无法保证电网的正常运行。

关键词：高压电容器;电压互感器;故障

1电容式电压互感器的基本原理和结构

电容式电压互感器内部构建主要有电容单元和电磁单元。电容器单元通过一个与电容器电压串联的高压电容器，系统电压降低到13～20kV，即从外观单个或几个电容器用瓷套为表面的耦合电容器。电容器芯是电容器的重要组成部分，并且受到基本绝缘，每个瓷套中的电容器芯由数十个或数百个串联的电容器元件组成。电磁单元主要由三部分组成，一种是补偿器，补偿器的影响使得电压和初级电压之间的各种精确比率和相位存储在次级负载的次级输出上，并且电容性分压器的电抗值等于标准频率电容的等效值。第二种是阻尼器，阻尼器的作用是铁磁共振，通常是具有快速饱和电抗的类型，其与电抗和阻尼电阻串联，速饱和电抗器采用的是优异的铁芯材料，具有良好的性能，具有典型开关特性的磁化曲线;还有就是中间变压器，中间变压器实际上是一个电磁式电压互感器，其任务是获得一个中间电压，通过次级电压除以单位电压，成为测量仪器和继电器的标准。

2高压电容式电压互感器存在的问题

电容式电压互感器可用于测量电压，继电保护，自动控制等。在高压和超高压网络中，也可用作载波电力线上通信系统的通信电容器。为了避免系统发生谐振故障，我们的电力系统广泛使用电容式电压互感器，但由于工艺，测试和操作条件的影响，发生故障的概率只增不减，以330千伏的供电站为例，由于绝缘损坏2次输入线路连接到C相变压器，严重影响了测量的准确性和继电器的可靠运行，使电网安全运行对网络造成了损坏。电容式电压互感器误差的原因：电压互感器火花隙失效的启动器的电容器的隔离问题;高压绕组接触时的避雷器会导致介质击穿;避雷器本身发生故障。这对电压转换器不起作用。

3分析错误原因

3.1中压壳体失效和漏油导致冷凝器失效

2015年12月2日，某110千伏变电站220千伏的电压增加了125千伏。红外温度测量显示，电容式电压互感器冷凝器块的上三分之一比普通电容式电压互感器高4℃。电容式电压互感器于2009年10月生产，并于同年12月投入使用。断电后，测试介电损耗，电容和比例系数，发现上电容器组C1与初始值相比增加了10%，标准系数下降了6%。在腐烂之后，结果证明电磁单元箱内的油位与法兰表面几乎处于同一水平，在冷凝器單元的底部发生油滴，并且在中压套筒中发生漏油，部分漏油是瓷套和金属法兰之间的连接处。之后，拆开冷凝器单元，发现其在冷凝器单元中具有低油位，约为缺油的一半，并且冷凝器元件的上层的颜色与绝缘油中的下部元件和冷凝器元件的内部的颜色完全不同。

3.2接地不良引起的电压互感器的电容屏蔽

在2016年7月的某330千伏变电站，在预定的检查期间，操作员和维护人员听到了I相电容式A相电力变压器的异常放电噪声，检测到放电痕迹并且屏幕末端的地板被破坏，另外，对这个电压互感器的所有部件性能进行了彻底检测，发现所有都符合要求，得出接地不良是本次故障的根本原因。电容式电压转换器的电容部分主要由主电容器和屏蔽与地之间的电容组成。

3.3阻尼电阻故障

2019年11月18日，某220kV变电站220kV红外温度测量结果表明，电容式电压互感器装置总温升高，平均温度降低15℃，电容式电压互感器是1995年的产品，在电源故障后进行诊断测试：确定介电损耗和电容器容量数据。这表示电容器单元的正常操作，电磁单元的绝缘电阻和初级绕组的直流电阻，表明电磁单元绝缘是完好无损的。该装置的阻尼比与标称比率是没有阻尼装置的正常比率的1.08倍，并且电磁单元的空转测试确定阻尼装置对测试结果有很大影响。例如，当在空载压力下衰减时，空载电流迅速增加，并且无负载时空载损耗迅速增加。在50V电压下，静态电流为4.31A，损耗达到215.91W。在没有阻尼压力的情况下，电流均匀增加在相同的50V电压下，静态电流为0.093A，损耗仅为2.987W。阻尼后，具有阻尼性能的环氧树脂气缸具有强烈的燃烧痕迹。

4在维护和操作过程中需要了解的内容

电压控制装置是由异常电压引起的，因此要重点观察电压变化，防止电压异常，当电压异常时，一般来说，首先应该对次级电路进行短路接地检查，如同次级绕组短路接地，当电压转换器发生时，该转换导致异常的相电压，其次，检查电压转换器接地是否良好，如果端子屏的接地异常，则分压电容器异常，这不可避免地导致器件的异常电压，这种情况异常也会导致设备电压异常。当电容式电压互感器测量方法应当用作电容器C的现场测试电压C接近阈值时，以及电容器C1的主电容器C2的分压，否则很容易导致误报位置（例如，变压器测试电压互感器C）电容器初始值之间的差值为1.76%且不超过标准值，但是，在测量电容式电压互感器后，主电容器C1的初始值差值达到2.23%，超过了标准值。可以容易地进行用于测量电压转换器的错误判断。禁止使用“连接方法”在测试数据中作为“反向链接方法”增加了二次和接地容量，测量数据增加，可以通过初始值之间的差值计算设备的假状态，一定不能将测量结果与铭牌直接比较（额定标称容量，铭牌上标明的实际值和计算值之间存在细微差别，该板必须分为主电容C1和分压C2串联后计算的数据相比，否则设备状态可能被错误地估计）。

5预防措施

每年必须检查变压器的入射避雷器，以便及时消除避雷器潜在的危险。同时，有必要定期检查高压线避雷针线的使用性能，避免过电压损坏高压设备。避雷器在中压变压器的油箱中，在高压中压变压器的接线柜中，在避雷器壳体外部。因此，避雷器一旦损坏，就可以在不打开燃料箱的情况下容易地更换。经过两年的运行，没有发生故障，保证了电容式电压互感器的正常操作使用。

6结语

电容式电压互感器是变电站的重要设备之一。电网的安全需要依靠它的安全运行操作。因此，制造商必须不断提高设计和工艺水平，使用最好的原材料。电网维护人员应加强对电容式电压互感器内部结构的研究，对故障进行分析研究，提出合理科学的处理意见，积极开展实时检测和运行状态，通过检测将电容式电压互感器的故障率降到最低，确保电网安全。

參考文献：

[1]夏震，刘宏耀，豆河伟，等.关于电容式电压互感器电压异常原因探讨及预控措施[J].变压器，2018，55（10）：64-67.

[2]李红.高压电容式电压互感器的故障分析及防范措施[J].电世界，2017，58（11）：10-11.