变电站母线电压互感器故障及设备运维探讨

四川中电启明星信息技术有限公司 屈凌志 郝建维

对于变电站母线来说，电压互感器的存在是非常关键的，不仅可对母线电压以及绝缘状态作以监视，也可为保护仪表等相关设备提供电压回路，而它的运转效率会直接影响变电站全部电力机制的运转效率。然而母线电压互感器在使用期间会频繁出现故障，这使得变电站的正常运行受到严重的影响。现今变电站系统所包含的部分漏洞，导致母线电压互感器在现实运用期间总是会诱发事故的产生，大大地阻碍了变电站的顺利运转[1]。

1 变电站母线电压互感器常见故障分析

随着在电力设备中对电压互感器的投入使用较多，因其成本少、效率高等特点。母线电压互感器是变电站重要设备，同时为母线保护和线路保护提供电压。电压互感器作为一条母线上所有元件的电压、电能、功率测量及继电保护、信号装置和自动化设备的供电电源，发生故障后将严重影响变电站设备的正常运行[2]。

变电站是供电企业中一个重要分支，而变电站母线是在变电站中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，其大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线。母线的作用是分配和传送电能，所以对于变电站母线电压互感器需要非常的重视，尤其是对所出现的故障需要及时检测与处理。母线电压互感器常见故障现象有一次熔断器熔断、二次熔断器熔断（或空气开关跳闸）、断线、短路等，对于母线电压互感器异常对站内设备影响较大，所以分析变电站母线电压互感器常见的故障有以下几类：

1.1 电压过大造成电压互感器过热引起的故障

目前，由于过多客户对于电力的需求逐渐增多，所以在这个过程中变电站的压力也会随之增大，电流也随之增高，这样导致内部装置的温度偏高，最后造成电压互感器中油箱的损坏。而油箱是电压互感器中最重要的结构组成，它对变电站母线电压互感器的应用时的效果以及使用时的性能都有着非常重要的影响，通过它从而影响变电站本身的运行使得功率的高低。另一方面，电站母线电压互感器的储油箱在长期运行的环境下很容易因为绝缘受潮等原因而加大设备老化的几率。所以需要重视对电压互感器的改进，从而提高其使用的效率以及使用寿命的长短。

1.2 绝缘元件绝缘性不高引起的故障

电压互感器是一种半绝缘的设备，所以绝缘性能是决定电压互感器能否高效工作的重要条件，一旦在绝缘性能这方面出现大的问题，那么电压互感器的工作效率以及使用寿命的长短等方面就会受到一定的影响。目前国内电压互感器制作的工艺水平不是特别高，尤其是对于电压互感器的电容元件制作的环境时不能处于一个相对干燥的地方。所以在制作电压互感器的过程中就会有水分子渗入到电容元件中，这样会大大的影响电容元件的绝缘性能，从而使电压互感器在使用过程中被高电压击穿，导致电容元件的绝缘性能降低，使得电压互感器无法正常工作。

1.3 电压互感器质量问题引发的故障

电力系统运转效率的影响因素不仅有外界环境因素，还与电压互感器本身的质量问题有着一定的关系。随着变电站构建的数量不断上升，随之上涨的还有电压互感器的需求，但其中最需要关注的还是电压互感器的质量问题。部分厂家在生产电压互感器时选取的材料本身质量不过关，尤其在选取内部材料时没有达到国家要求的标准，从而使得电压互感器的质量有所下降，最后在使用的过程中出现非常多的故障，导致电压互感器使用的时间大大缩减，从而使得电力系统受到过度的影响。通常由于质量问题造成电压互感器的故障有以下八种：

电压互感器铁芯片间的绝缘设施出现损坏，这时就会使得在运行时出现温度升高等一系列问题，产生这种故障的主要原因是由于铁芯片间的绝缘不良，并且对于设备使用的环境条件相对恶劣，还有就是设备长期处于高温当中，很容易使铁芯片间的绝缘设施出现老化的现象；电压互感器接地片与铁芯接触不良，这样会使得铁芯与油箱在运行时产生放电声。这是因为接地片没有插紧且安装的螺丝也没有拧紧，从而导致设备中出现芯片接触不良的现象；由于电压互感器铁芯松动，会在运行时产生不正常的振动或者其他噪声。这是因为铁芯的内部元件松动，从而导致铁芯片间的松动。

电压互感器绕组匝间出现短路，在运行时不仅设备的温度升高且会出现放电声，以及高压熔断器熔断、二次侧电压表指示不稳定。这是由于该系统长期处于过载运行中，使绝缘部分出现老化；电压互感器的绕组断线，在运行时就会在断线处产生电弧并伴有放电声，断线的电压表指示降低或是为零。产生这一故障的原因是由于焊接的过程中出现技术性的问题导致机械强度不够或引出线不合格，最终造成绕组引线断线；电压互感器绕使得绝缘被击穿，这时高压侧熔断器连续熔断。这是由于绕组绝缘部分老化，或是由于绝缘油受潮、通过电压时被击穿，最终严重缺油等。

电压互感器绕组相间出现短路，这时也会出现高压侧熔断器熔断的现象，同时由于油温剧增会出现喷油冒烟现象，原因同样是由于绕组绝缘老化，绝缘油受潮等一系列问题。需重点注意的是最新检修投入使用的母线电压互感器，在开始时必须进行“定相”才允许进行母线的并列。在两条运行母线并列时，对于母线电压互感器隔离开关QS1及QS2均在合位的情况出现时、其辅助触点同时也将会使其二次并列起来，在最后引起的相位不一致及短路的现象，极大可能时因为在最初没有进行“定向”检查。对于110kV 及以上电压系统来说，电压互感器的基本二次绕组需定相外，辅助二次绕组也需进行定相的检查，以免在后期中3U0极性错误引起线路零序方向继电器拒动或是误动的现象出现。

2 保障电压互感器的长期运行

2.1 定期对电压互感器进行检测维修

为保证电压互感器的长期运行，必须对其进行定期的保护与维修，具体的细节操作我会在后面提出，虽然费时费力，但为了保障电压互感器稳定的在电力系统中运行，必须要做到定期维修保护。我国目前电力行业广泛应用的变电站母线电压互感器由于存在着一定的设计不合理等原因造成了电压互感器故障问题频发再加上电压互感器结构的特殊性加大了故障检修工作人员的检修难度。

不仅需要简单的维护且需对相关的数据进行检测与详细计算：以下实验针对10kV 系统相电压、线电压不平衡。最初需对该电压互感器一次绕组末端“N”进行一定的紧固检查，在未发现松动或断线的迹象的情况下，同时对该电压互感器要进行电气试验。

从图1可知如何查找电气试验规程，在保证直流电阻互差未超出规程规定±5%及绝缘电阻大于规定值1000MΩ、绕组变比未超出规程规定的±5%的情况下，根据实验过程以及最终的实验数据看，该设备属于正常状态，在排除电压互感器对电压不平衡的影响之外。通过以上实验可知，只有通过对相关数据进行详细的检测与计算才能知道哪些地方需要维修、哪些不需要维修，可缩小具体维修的范围，这样更有利于设备的维修。

图1 电压互感器试验数据

2.2 提高电压互感器的质量

电压互感器不仅需维修工人的定期维修，还要注意提高电压互感器的质量问题，尤其是对于电压互感器的内部要有详细的设计。从生产环境、操作技术、材料质量等都需要大幅度的提高，从根本上解决电压互感器给设备带来的故障问题。首先是对电压互感器中的小零件进行精心的设计，尤其是电压互感器的铁芯片的制作工艺需要有大的改进，这样能有更好的绝缘效果；其次是对电压互感器绕组的制作与设计，好的产品能防止电压互感器绕组匝间短路，电压互感器绕组对地绝缘击穿以及电压互感器绕组相间短路。

2.3 电压互感器位置与数量的合理安排

由于用电的客户逐渐增多，少量的电压互感器对于变电母线来说会导致电流过大，使得电压互感器的温度升高从而降低效率，所以增加投入使用电压互感器的数量，能有效地提高运行的效率。并且在安装电压互感器时将2/3的电压互感器安装在母线上。电压互感器的主要作用是通过将高电压转变为100V 或者是更为低级的标准的二次电压，将其提供给保护、计量、仪表装置所取用。与此同时，电压互感器也可以将高电压与电气工作人员相隔离。电压互感器虽然是按照电磁感应原理进行相关工作，但对于它的电磁结构关系与电流互感器相比恰恰相反。所以将大部分的电压互感器装在母线上时是合理的，这样既降低成本也达到应有效果，且变电站内线路上安装电压互感器一般只装设一个，目的只是为了判断线路是否带电，这个线路电压是用于线路重合闸的。

3 电压互感器的维修检测

电压互感器投入运行之后，需要注意间隔气室的气体压力、气体微水检测以及局部放射测试分析等一系列常规性的检查记录之外，同时还需要使用红外热像的技术问题要多加以关注，只有这样才能保障电压互感器在运行时实现更高效率的工作水平。在目前对于电压互感器的故障诊断主要是利用图像处理及相关算法来确定性能设备的运行状态。究其原因，一方面是由于电网随着需求扩张太快，形成的电网体系日益庞大，这使得变电站维护人员的工作量增加，不仅任务增多且越来越复杂；另一方面对于电压引起的热扰动会导致判断错误，而这些错误仅是基于对运行维护人员红外图像的直接分析。

由于变电站电网体系快速增长，需要处理的数据以及管理的设备模块就越来越多，这对智能检测技术的要求也就越高，而目前热门的智能检测机器人也是基于图像识别以及热成像等技术完成设计，国外对其研究奠定了图像识别技术的发展与基础。在对电压互感器使用红外热像检测技术时，需选择合适的测试距离，最好选择将三相测点的距离与仪器的距离保持一致，在发现三相热像图有差异时就可以从不同的方位对其进行检测。最后对数据进行综合的分析处理，及时找出设备中出现的缺陷。

现阶段对众多的信息研究的过程中，大部分都是通过定位、分割以及最后时提取的方式完成最终的检测。根据每个设备的不同特性优化各个步骤，通过所需要的特性值从而实现设备的全部或部分分离，最新设计的红外图像处理流程如下：行外图像原图-选取目标行区域-Hough 变换直线检测-旋转至竖方向-图像二值化-形态学操作去除干扰-长度特征统计-反向求的图像-连通区域标记-原图标记。

母线电压互感器作为电压输出的公共设备，在二次输出回路时会相对复杂一些，为防止电压互感器二次回路短路，除开口三角绕组外均应安装适配的空气开关或熔断器，除最新投入运行的电压互感器做好验收之外，在运行环节由于工作需要进行拆解线，这是要特别注意二次回路接线的正确性、空气开关或熔断器动作性能的完整性，特别需要对开口三角回路的短路隐患加以关注[3]。认真分析故障原因，强化和完善电压互感器的结构设计，做好电压互感器的日常维护检修工作、并严格把关电压互感器的入网运行质量，从而有效地提高电压互感器的性能和质量，促进电力行业科学稳定的发展[4]。