三起电容式电压互感器故障分析*

任晓丽，何帮华，周全旭

(国网张掖供电公司，甘肃 张掖 734000)

0 引 言

近年来，电容式电压互感器(简称CVT)由于其维护方便，主绝缘主要由分压电容器承担，不易造成恶性事故；运行可靠性高、结构简单，在电网中广泛应用。但是由于受厂家的生产工艺、设计、材料等因素的影响，CVT存在的质量问题也比较多，故障率也较高，严重威胁到电网的安全稳定运行。为了能够及时发现CVT在运行中存在的内部故障，必须定期对其进行油色谱分析或专项普查。笔者重点通过对三起发生故障的电容式电压互感器从电气试验及绝缘油方面进行分析、计算，得出原因结果并提出预防措施。

1 电容式电压互感器结构特点

电容器电压互感器由电容分压器和电磁单元组成。电容分压器由C1高压电容和C2中压电容串联组成。电磁单元由中间变压器、补偿电抗器串联组成。电容分压器可作为耦合电容器，在其低压端N端子连接结合滤波器以传送高频信号。通过电容分压器的分压，将分压后得到的中间电压(一般为10～20 kV)通过中间变压器降为100/3 V或100 V的电压，为电压测量及继电保护装置提供电压信号。为了补偿由于负载效应引起的电容分压器的容抗压降，使二次电压随负载变化减小，在中压回路中串接有电抗器，设计时使回路等效容抗和感抗值基本相等，以便得到规定的负荷范围和准确级的电压信号。在中间变压器二次侧的一个绕组上，接有阻尼器，以便能够有效地抑制铁磁谐振。其电气原理图见图1。

图1 电气原理图

2 故障设备情况

此文案例2∶ 35 kV电容式电压互感器其型号为：TYD3-35/-0.02HF，厂家为桂林电力电容器有限责任公司，2013年08月出厂。

3 三起故障异常现象及试验结果

3.1 某变电站110 kV电压互感器故障

2018年10月07日，某变电站110 kVI段母线电压互感器C相二次电压突降，约为30 V，经保护人员现场检查后，未发现保护方面的问题，随后电气试验人员对该电压互感器进行了电气诊断性试验及油色谱试验，电气诊断试验项目主要有绝缘电阻测试、介损测试及直流电阻测试，试验结果如表1～4所列。

表1 绝缘电阻试验数据 /mΩ

表2 介损及电容量试验数据

表3 直流电阻测试数据 /Ω

表4 绝缘油色谱试验数据

以上试验结果的分析如下。

(1) 电气试验项目虽在合格范围内，但C相做介损试验时一次侧电压达不到2.5 kV的要求，仅为281.6和291.5 V。

(2) 色谱分析乙炔超过注意值30多倍，氢气超过注意值10倍，总烃超过注意值200多倍，通过对表中数据进行初步分析，其特征气体含量均超过规程规定的注意值很多，利用特征气体法可初步判断该电压互感器内部存在过热兼放电故障。

3.2 某110 kV变电站电压互感器故障

2019年01月24日，某110 kV变电站110 kVI段电压互感器A相二次电压异常，随后电气试验班对其进行了诊断性试验及油色谱取样分析试验，油色谱分析试验合格，电气试验结果如表5～7所列。

表5 绝缘电阻试验数据 /mΩ

表6 介损及电容量试验数据

表7 直流电阻测试数据 /Ω

对以上试验结果的分析：绝缘油色谱分析结果正常；电气试验项目绝缘电阻及直流电阻均合格，介损及电容量试验结果：采用自激法测试A相C2介损及电容量均超过标准。

3.3 某变电站35 kV电压互感器故障

2019年02月15日，某110 kV变电站35 kVI段电压互感器A相保险熔断，更换后投运发生喷油现象，随后电气试验班对该电压互感器进行了电气诊断性试验及绝缘油色谱分析试验，色谱分析结果合格，电气试验结果如表8～10所列。

表8 绝缘电阻试验数据 /mΩ

表9 介损及电容量试验数据

表10 直流电阻测试数据 /Ω

对以上试验结果的分析：

绝缘油色谱分析试验结果合格；电气诊断性试验结果A相电压互感器一次绝缘电阻为0，直流电阻试验合格，介损及电容量试验：电压达不到2 kV，介损测试不出来，电容量初值差严重超标，B相介损超标、电容量初值差达到标准要求。

4 色谱综合分析判断故障

对于故障1色谱分析结果不合格的设备，由于规程规定在电压互感器中，乙炔含量的注意值为3 μL/L，氢气含量的注意值为150 μL/L，总烃含量的注意值为100 μL/L，针对该相(C相)电压互感器乙炔、氢气、总烃含量均严重超过注意值，故做出如下分析判断：

(1) 特征气体法判断

结合上述分析结果，得到的结果都是总烃含量较高，甲烷大于乙烯含量，乙炔占总烃量的2%以下，它符合过热故障的特征气体，因此，可初步判断该电压互感器内部存在过热故障。

(2) 利用IEC三比值法判断

根据三比值的计算方法及判断原则，分别将乙炔、乙烯、甲烷、氢气、乙烷五钟气体的含量带入三对比值(乙炔/乙烯、甲烷/氢气、乙烯/乙烷)中进行计算，得出比值编码为“021”，对照故障性质的判断，得出故障类型为300～700 ℃的中温过热故障，这与特征气体法判断结果相吻合。

(3) 利用罗杰斯法四比值法判断

根据四比值的计算方法及判断原则，同理将乙炔、乙烯、甲烷、氢气、乙烷五钟气体的含量带入四对比值(甲烷/氢气、乙烷/甲烷、乙烯/乙烷、乙炔/乙烯)中进行计算，得出四比值编码为“2010”，对照故障性质的判断，得出故障类型为一般过热故障。

另外，乙炔超过注意值30多倍，由于乙炔是放电故障的特征气体，所以结合分析可判断该电压互感器存在过热兼放电故障。

5 故障源温度的估算

针对故障1色谱分析结果，由于三比值和四比值等判断方法都能反映出比值与温度的依赖关系，通常情况下，当故障点温度超过400 ℃时，比值与温度成直线关系急剧上升。所以，针对该类型故障的互感器，将乙烯和乙烷的含量带入温度估算公式：T=322log(C2H4/C2H6)+525中，经计算，其故障源温度约为624.66 ℃，介于300～700 ℃之间，属于中温过热，通过对故障源温度估算，结合其他故障判断方法，可诊断为该电压互感器存在内部过热并兼有放电性故障。

6 绝缘油透明度及气味的判断

由于故障1设备从分析结果来看故障发生在电磁单元，所以将故障互感器电磁单元中的绝缘油置于光线充足的地方，观察后发现其颜色呈暗淡黄色并且粘度较大，不是呈透明且略带蓝色，另外，用鼻子嗅发现气味中带有刺鼻的烧焦味，由此可判断该电压互感器内部存在伤及到了设备内部绝缘材料的过热或放电故障。

7 故障原因分析

对于像CVT这种设备，其故障多见于下列原因。

(1) 绝缘受潮。当设备直接进水受潮时，往往绝缘突然击穿，导致事故发生。这种事故是无法预知的。但是运行中少油设备绝缘有很多是缓慢受潮的，这时从设备底部取油样分析油中溶解气体含量并配合其他判断方法进行故障原因的判断。

(2) 制造质量问题。由于制造质量不良，如绝缘不清洁，绝缘包绕松散，绝缘层间有皱折、空隙、少放电屏而造成均压效果不佳，真空处理不彻底等。这类质量缺陷会使设备在运行中发生局部放电，严重时会发生树枝状放电，产生乙炔气体。

(3) 末屏引线或接地线接触不良，甚至断线引起火花放电。这种情况在尚未导致绝缘击穿前，火花放电将产生大量的氢气、乙炔和其他烃类气体，当放电涉及固体绝缘时，还产生大量的一氧化碳和二氧化碳。

因此得出结论：上述几起电容式电压互感器不论是电气诊断性试验，还是绝缘油色谱分析试验结果都不符合规程规定，不能投入运行，需立即更换。

(1) CVT故障后应根据现场实际设备的故障特点同时进行绝缘油色谱分析及电气试验，以便确定故障是发生在电容分压屏还是电磁单元。

(2) 针对像CVT这种设备，应尽量缩短分析周期，并应加强绝缘油色谱分析，以便及时有效地发现设备内部故障，进而制定出科学的处理措施，防止设备烧毁及爆炸事故的发生。

8 预防措施

(1) 对电容式电压互感器如发现渗漏油，应停止使用。

(2) 当电容式电压互感器介损增长时，应尽快予以处理或更换，避免发生事故。

(3) 应注意对电压互感器电磁单元部分进行认真检查，当阻尼器未接入时不得投入运行，当发现有异常响声时，应将互感器退出运行，进行详细试验、检查并立即予以处理；当测试电磁单元对地绝缘电阻时，应注意内接避雷器绝缘电阻的影响；当采用自激法测试电容分压器C1和C2的介损和电容量值时，应注意控制N点电压不超过3kV。

(4) 运行期间应经常注意阻尼装置的工作状况，发现损坏或阻值变化并超过制造厂所允许的范围时，应停止使用，立即更换。

(5) 不要使二次侧短路，以免因短路造成保护间隙连续火花放电，并造成过电压而损坏设备。

(6) 运行期间应经常检查电容式电压互感器的电气连接及机械连接是否可靠与正常。

9 结 语

针对电容式电压互感器因生产工艺、设计、材料等因素的影响，为了能够及时发现CVT在运行中存在的内部故障，必须定期对其进行油色谱分析或专项普查，不论式电气诊断性试验，还式绝缘油色谱分析，一旦发现其试验结果不合格，坚决不能投入运行，需立即更换。