運行中的電容式電壓互感器二次失壓故障分析和試驗方論文
摘要：針對電容式電壓互感器的特點，介紹運行中的電容式電壓互感器二次失壓后，現場故障的定位分析、綜合判斷和試驗方法，故障處理辦法，對結構和制造工藝提出了減少此類故障的改進方案。
關鍵詞：電容式電壓互感器 故障分析 處理 改進方案
1 引言
電容式電壓互感器由電容分壓器和中間電壓電磁單元組成，可兼顧電壓互感器和電力線路載波耦合裝置中的耦合電容器兩種設備的功能，同時在實際應用中又能可靠阻尼鐵磁諧振和具備優良的瞬變響應特性等［1］；故近幾年在電力系統中應用的數量巨大，不僅在變電站線路出口上使用，而且大量應用在母線和變壓器出口上代替電磁式電壓互感器。
電容式電壓互感器一般適用于110kV及以上電壓等級，由于受設計制造經驗、工藝水平和原材料等多種因素的限制，投運后發生故障，就會影響電網安全運行；由于運行環境和電壓等級的影響，特別是500kV的設備，由于個頭高大，引線沉重，拆頭電氣試驗的難度大；特別是在設備故障狀態下，由于受停電范圍的限制，各種電磁干擾嚴重，通過常規電氣試驗方法準確判斷故障部位就更加困難；本文通過對一只500kV電容式電壓互感器在運行中二次失壓后，在現場對故障進行分析判斷、對試驗方法、現場修復和改進方案的介紹，給出現場遇到電容式電壓互感器類似故障的分析處理方法，以及設備在不拆頭狀態下查找故障的試驗方法。
2 故障現象
1996年2月山東淄博500kV變電站，500kV線路A相電容式電壓互感器在電網正常運行條件下，發生故障，與之相關的保護誤發信號，3個二次電壓線圈全部無電壓輸出。該電容式電壓互感器型號為TYD500／ -0.005H，1994年7月產品，為了便于故障分析的情況說明和論述，首先給出其結構原理圖如下：
該電容式電壓互感器由4節瓷套外殼的電容分壓器和安裝在下部油箱的電磁單元兩部分構成，其中C11，C12、C13分別安裝在1～3節瓷套內，C14和分壓電容C2共裝在第4節瓷套內；其電容量分別為：C11＝19499pF，C12＝19703 pF，C13＝19868 pF，C14和C2串聯后的電容量為19636 pF（其中C14＝23856 pF，C2＝116920 pF），油箱電磁單元中變壓器的一次端A在第4節瓷套內，連接在C14和C2之間，3個二次繞組的接線端子al xl，a2 x2，afxf通過接線盒引出，X端在出線盒接地。
故障發生后，在運行狀態下，電氣試驗人員分別直接對3個二次電壓線圈進行輸出電壓測量，確認電壓輸出為零（正常狀態分別為 和100V），現場檢查電容式電壓互感器外觀正常也無異音現象。
3 故障原因的判斷分析
由其工作原理可知，分壓電容器C2和油箱電磁單元正常狀態下，承受的額定電壓為13kV，而整臺電容式電壓互感器承受的電壓為500/KV;如電磁單元部分對地短接，不承受13kV的電壓，二次將失去電壓輸出，對設備整相承受電壓的能力影響較小。而假設電容分壓器C11，C12、C13，C14的其中之一存在缺陷，該節將承受較低的電壓，其它節承受的電壓升高，會造成整臺設備運行異常，有二次電壓輸出但不是正常值，設備會有異音發出或損壞。如果電磁單元的變壓器一次端斷線，電壓將不能正常傳遞，二次失去電壓輸出；若C2的電容量變大，二次電壓輸出且會降低。由此可見，在電容式電壓互感器能夠承受系統正常電壓的前提下，結合其結構特點，可以確定二次失去電壓的原因與電容量的變化無關，第1～3節瓷套和第4節瓷套中的C14電容本身正常，故障原因可能為：
（1）電磁單元變壓器一次引線斷線或接地。
（2）分壓電容器C2短路。
（3）和電磁單元中變壓器并聯的氧化鋅避雷器擊穿導通。
（4）油箱電磁單元燒壞、進水受潮等其它故障。
隨后對設備停電，通過電氣試驗對故障原因進一步具體分析。
4 電氣試驗分析原因
由于設備高大，引線沉重，周圍設備全部帶電，拆除引線的難度和危險性都比較大，故本次試驗采用不拆頭的電氣試驗方法。
4．1 試驗方案1
在電容式電壓互感器上端H點接地狀態下，從二次線圈al xl反向加壓，在第4節瓷套上端B處直接測量一次電壓（可用測量變壓器T，電容式分壓器或周圍停電的其它相電容式電壓互感器），試驗接線見圖2。
圖2中C11，C12，C13串聯后的電容量Cla＝1／（1／C11＋1／C12＋1／C13）＝6563pF若在二次線圈al xl上，加Ua1xl＝10V的電壓，在電容式電壓互感器正常狀態下，B點測的電壓的理論值UB，而原理圖中：
即B點應測量到1．77kV的電壓。
但在實際加壓過程中，電磁單元變壓器二次側電流急劇上升，試驗變壓器過流掉閘，電容式電壓互感器的B點測不到電壓，進一步說明分壓電容器C2或油箱電磁單元部分短接，電壓不能反向傳遞。
4．2 試驗方案2
從B點加壓進行電容量和介質損失角的測量，考慮現場的電磁干擾嚴重，采取故障相和非故障相比較法，由于XL>>Xc故可忽略電磁單元變壓器電感影響，試驗接線見圖3。
上述接線在無故障狀態下，B和E兩點間的電容量為C11、C12、C13串聯和C2、C14串聯再并聯的電容量；理論計算值C＝Cla＋1／（1／C2＋1／C14）＝26199pF。若A點接地，B和E兩點間的電容量為C11、C12、C13串聯和C14并聯的電容量；理論計算值C＊＝Cla＋C14＝30419pF，顯然C＊應該大于C；現場實際測量的結果為：
故障相：C＊＝30904 pF，介質損失角小于0．1
非故障相：C＝26289 pF，介質損失角小于0．1
同樣C＊大于C，得出和理論計算值相同的結果，而介質損失角正常，進一步證實了電容式電壓互感器無二次電壓輸出，與分壓器電容量的變化及各類斷線無關，而是由電磁單元變壓器一次接地引起。
5 解體檢查與故障處理
根據試驗分析的結論和綜合判斷情況，在懷疑電磁單元變壓器一次接地可能由并接的氧化鋅避雷器擊穿導通引起的同時，準備好氧化鋅避雷器和一些常規絕緣材料，將電容式電壓互感器第4節瓷套和底座油箱單元解體檢查；發現電磁單元變壓器至分壓電容器之間的聯結線因過長而與箱殼碰接，并有明顯的燒傷放電痕跡，分別測量電磁單元變壓器和氧化鋅避雷器的絕緣電阻均在10GΩ以上。隨后將該聯結線縮短，并用絕緣材料包扎固定，回裝完畢后，再用試驗方案2測量其電容量和介質損失角，C＝26371pF，介質損失角小于0．1，測量結果與相鄰非故障相及理論計算值基本一致，投入運行后運行正常，該故障點消除。
6結束語
6．1 由于電容式電壓互感器本身的結構特點，現行產品電磁單元變壓器的一次聯結點在瓷套內部，不可拆卸，在預防性試驗和故障分析時，無法直接對電磁單元的特性和絕緣狀態進行分析檢測，在對產品有懷疑時，可參照上述試驗方案對比分析。
6．2 建議制造廠改變設計，將電磁單元變壓器的一次聯結點A點通過小套管引出（目前已有部分產品采用），便于用戶直接測量電磁單元的絕緣電阻、介質損失角和電容量等參數。
6．3 電磁單元變壓器的接地聯結點X點是引至二次接線盒接地的，可在試驗時打開接地點，直接測量電磁單元變壓器、氧化鋅避雷器和電容分壓器C2的絕緣性能，同時X點引出后，運行單位可通過X點進行在線或帶電測量電容式電壓互感器運行過程中的容性泄漏電流。
6．4 安裝在線路上的電容式電壓互感器由于停電檢修困難，故障后的影響面廣，解體檢查修復的周期相對較長，建議制造廠加強最下節瓷套和油箱電磁單元電氣聯結部分的絕緣強度，嚴格設計工藝，保持各聯結線對地及器件之間的距離，必要時由裸導線更換為絕緣導線（或進行絕緣包扎），嚴格出廠試驗和外協器件的質量把關，確實有效地防止類似故障的發生。
參考資料
［1］ GB／T4703－1984《電容式電壓互感器》［S］．
［2］ 盛國釗等．1995－1999年電容式電壓互感器的運行及故障情況分析［J］．電力設備，2001，（2）
［3］DL／T596－1996《電力設備預防性試驗規程》［S］．
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