摘要：电容式电压互感器（CVT）可在高压和超高压电力系统中用于电压和功率的测量、电能计量、继电保护等方面，并可兼作耦合电容器，用于电力线载波通信系统。电容式电压互感器在电力系统中的广泛应用，有效降低了系统发生谐振故障的危害，但是由于制造质量、检测试验及运行环境等原因，故障率在上升。本文分析了CVT基本原理与结构，同时通过一些实例分析有关故障，希望有助于降低故障发生的风险。
关键词：高压电容式电压互感器；故障分析；防范措施
一、CVT的概述
电容单元由高压电容与中压电容串联组成，从外表看就是单节或多节以瓷套为外壳的耦合电容器，主要由瓷套、电容芯子等组成。电容芯子是电容器的核心，承受着主绝缘的作用，每节瓷套内的电容芯子由几十甚至上百个电容元件串联而成。电磁单元主要包括中间变压器、补偿电抗器、阻尼器。补偿电抗器的作用使得在不同的二次负荷下二次输出电压与一次电压之间保持准确的变比和相位，其电抗值与电容分压器在额定频率下的等值容抗值相等；阻尼器的作用是抑制铁磁谐振，一般为速饱和电抗型，由速饱和电抗器和阻尼电阻串联而成，速饱和电抗器采用性能优良的铁芯材料，其磁化曲线具有典型的开关特性；中间变压器实际上是电磁式电压互感器，其作用是将电容单元分压得到的中间电压转换成标准的二次电压供测量、计量仪表和继电器用。
二、CVT故障实例
2.1金属膨胀器开裂故障
某220kV变电站220kVCVT下节电容接近上法兰处发热，相间温差超过3℃。该CVT于1月出厂，同年4月投入运行。停电后进行诊断试验，发现电容介质损耗因数0.417%与上一次例行试验0.166%相比增长明显；乙炔、总烃、氢含量分别为5.3、220.3、443.9μL/L，严重超标。解体后发现下节电容单元中第二片膨胀器边缘有一道18cm长、4cm高的裂口，而且该膨胀器与其他膨胀器连接的等电位线焊点脱落，其它部位未发现损坏或放电点，如图1。该起故障原因为金属膨胀器等电位连接线的焊点存在虚焊，在运行中焊点脱落产生悬浮放电，发热并逐渐膨胀直至裂开。
2.2中压套管破裂漏油导致电容单元击穿
某220kV变电站一台110kVCVT线电压升高达125kV；红外测温发现该CVT电容单元上部三分之一温度比正常CVT高4℃。该CVT为某年10月产品，同年12月投运。停电后进行了介损及电容量、变比试验，发现上节电容单元C1较初值增大10%，变比较额定变比减少6%。解体后发现电磁单元箱体内油位几乎与法兰面平齐，电容单元底部有油滴，中压套管上明显有油渗出，渗油部位为瓷套与金属法兰结合处。随后对电容单元进行解体检查，发现电容单元油位较低，缺油一半左右，顶部几层电容元件的颜色与下部元件明显不同，其内部未充分浸滞绝缘油，如图2。检查发现从上往下第2至第6个共5个电容元件极间完全导通，其余电容元件的电容量均在1.6μF左右。经量取缺油刻度，击穿的电容单元刚好为缺油部位，因此分析电容单元击穿应为缺油造成，第1电容单元为何没发生击穿可能与上端为膨胀器有关，对散热起到一定效果。
2.3阻尼电阻故障
某220kV变电站220kVCVT红外测温时发现该CVT电磁单元整体温升偏高，且中上部温度较下部温度高15℃。停电后进行了诊断试验，电容单元介损及电容量数据合格，说明电容单元正常；电磁单元绝缘电阻及一次绕组直阻合格，说明电磁单元绝缘良好；带阻尼装置时变比为额定变比的1.08倍，不带阻尼装置时变比正常；电磁单元空载试验发现阻尼装置对测试结果影响显著，带阻尼空载加压时，空载电流上升很快，空载损耗急剧增加，如空载电压为50V时，空载电流为4.31A，损耗达到了215.91W，不带阻尼加压时，电流上升平缓，同样电压50V时，空载电流为0.093A，损耗仅为2.987W。解体后发现阻尼电阻环氧树脂筒有严重烧焦痕迹，如图3，经测试发现阻尼电阻和电感参数正常，电容器的电容量无法测出，电容器已被完全击穿。因此确定阻尼电阻发热是本次发热异常的直接原因，而电容器被击穿是造成本次故障的根本原因。
2.4电磁单元一次绕组匝间层间烧毁故障
某500kV变电站500kVCVT二次电压输出偏低，红外测温发现电磁单元部分较正常CVT高23.9℃。该CVT为某年5月产品，次年2月投运。停电后进行了诊断性试验，包括绝缘电阻、介损及电容量测量、二次绕组直流电阻测量、电压比测量、极性检查和油色谱分析，发现变比较额定变比增大4.6倍；乙炔、总烃、氢含量分别为48.9、2822.9、184μL/L，严重超标。解体后发现一次绕组线圈有变形及发黑现象，烧损面占总线圈面积的四分之一左右，部分匝间和层间被击穿，如图4所示。该CVT故障原因为电磁单元一次绕组漆包线的绝缘强度不够、高耐热性差，导致层间匝间绝缘击穿现场。
三、结语
除了上述列举的故障之外，还有其他的故障，所以日常工作中也对有关的故障进行分析，并提出有关的措施，防范措施如下：严格控制CVT生产工艺流程，提高工艺水平，如防止虚焊、电容单元以及绝缘部分的干燥、电磁单元绕组的绕制、防止毛刺引起局部场强过高等；加强对设备厂家的技术监督，开展设备制造厂家的全过程技术监督，对设备设计、材料选用、附件质量抽检及相关资料进行监督把关，杜绝不合格产品进入电网；加强对CVT的带电检测，提升CVT带电检测技术分析与掌控，如红外测温、相对介质损耗及相对电容量的测试等等。
参考文献：
[1]110kV变电站电压互感器常见故障与处理措施[J].钱军.电子测试.2016（19）.
[2]某330kV变电站电压互感器故障分析[J].张凯，王继娟，彭鹏，郭光焰，马振祺.电工技术.2018（19）.
[3]电容式电压互感器二次电压异常分析处理[J].洪乐洲，吴贻志，李靖翔，刘伟.电力电容器与无功补偿.2012（03）.
作者简介：
何鹏（1989.03），男，广西北流人.单位：云南电网有限责任公司玉溪供电局，研究方向：高压试验，电力设备化学试验。
论文作者:何鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
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